JP7559337B2 - Ethylene-based polymerization catalyst component, method for producing ethylene-based polymerization catalyst, and method for producing ethylene-based polymer - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 平成30年10月17日、第48回石油・石油化学討論会要旨集、第217頁において、廣兼 浩総、山本 和弘が発明した「平面状シリカ凝集体を担体に用いたPhillips触媒によるエチレン重合」に関する研究について公開した。Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act On October 17, 2018, in the Abstracts of the 48th Petroleum and Petrochemical Symposium, page 217, a study on "Ethylene polymerization using Phillips catalyst with planar silica aggregate as a carrier" invented by Hirokane Hirotaka and Yamamoto Kazuhiro was published.
特許法第30条第2項適用 平成30年10月18日、第48回石油・石油化学討論会にて、廣兼 浩総、山本和弘が発明した「平面状シリカ凝集体を担体に用いたPhillips触媒によるエチレン重合」に関する研究について公開した。Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act On October 18, 2018, at the 48th Petroleum and Petrochemical Symposium, Hirokane Hiroto and Yamamoto Kazuhiro announced their research on "Ethylene polymerization using Phillips catalyst with planar silica aggregate as a carrier," which they invented.
本発明は、エチレン系重合触媒成分、エチレン系重合触媒の製造方法、およびエチレン系重合体の製造方法に関する。さらに詳しくは、超高分子量のエチレン系重合体を製造可能なエチレン系重合触媒成分、エチレン系重合触媒の製造方法、およびエチレン系重合体の製造方法に関する。 The present invention relates to an ethylene-based polymerization catalyst component, a method for producing an ethylene-based polymerization catalyst, and a method for producing an ethylene-based polymer. More specifically, the present invention relates to an ethylene-based polymerization catalyst component capable of producing an ultra-high molecular weight ethylene polymer, a method for producing an ethylene-based polymerization catalyst, and a method for producing an ethylene-based polymer.
エチレン系重合体は、産業分野におけるプラスチック材料を代表する基幹資材である。エチレン系重合体は、非常に多くの技術分野において汎用されているので、その用途や成形法に応じて要求される、分子量分布や流動性などの特性及び機械的物性や熱的性質などの各種の性能が広範囲にわたっている。
そのようなエチレン系重合体を製造するために、各種の重合触媒が開発され、改良が重ねられている。そのなかで、チーグラー触媒やメタロセン触媒と共に、フィリップス触媒が重用されている。フィリップス触媒は、クロム化合物をシリカ、シリカ-アルミナ、シリカ-チタニアのような無機酸化物担体に担持させ、非還元性雰囲気で賦活することにより担持されたクロム原子の少なくとも一部のクロム原子を6価としたクロム触媒である。フィリップス触媒では、広い分子量分布のエチレン系重合体が得られ、一般に成形性が良好でありブロー成形などに用いられる。
Ethylene-based polymers are key materials that represent plastic materials in industrial fields. Ethylene-based polymers are widely used in a wide variety of technical fields, and therefore require a wide range of properties, such as molecular weight distribution and flowability, as well as mechanical and thermal properties, depending on the application and molding method.
In order to produce such ethylene polymers, various polymerization catalysts have been developed and improved. Among them, Phillips catalysts are used in addition to Ziegler catalysts and metallocene catalysts. Phillips catalysts are chromium catalysts in which a chromium compound is supported on an inorganic oxide carrier such as silica, silica-alumina, or silica-titania, and activated in a non-reducing atmosphere to convert at least some of the supported chromium atoms into hexavalent chromium atoms. Phillips catalysts produce ethylene polymers with a wide molecular weight distribution, and generally have good moldability, making them suitable for blow molding and the like.
大型のブロー成形製品においては、耐クリープ性と耐衝撃性が重要な性能である。従来のフィリップス触媒によって得られる広い分子量分布を有するエチレン系重合体を、大型製品などにブロー成形した場合、成形品は、耐クリープ性と耐衝撃性のバランスが必ずしも十分でない。耐クリープ性と耐衝撃性は、相反する物性であり、耐クリープ性が向上すると、耐衝撃性が低下し、逆に耐衝撃性が向上すると、耐クリープ性が低下するのが一般的である。 In large blow-molded products, creep resistance and impact resistance are important properties. When ethylene polymers with a wide molecular weight distribution obtained using conventional Phillips catalysts are blow-molded into large products, the resulting molded products do not necessarily have a sufficient balance between creep resistance and impact resistance. Creep resistance and impact resistance are contradictory physical properties, and generally, when creep resistance improves, impact resistance decreases, and conversely, when impact resistance improves, creep resistance decreases.
従って、フィリップス触媒において、耐クリープ性などの物性と成形性が共に優れたエチレン系重合体が得られるのであれば、従来のレベルを超えて物性と成形性のバランスに優れた材料になる。ところが、フィリップス触媒を用いて、適当な長さの長鎖分岐を適切な分子量領域に適度な量だけ導入するような精密な触媒制御方法は、現段階の技術では困難なため、物性と成形性をともに向上させる方法については具体的な指針は未だ得られていない。
フィリップス触媒を用いて良好な物性バランスと成形性を持ったエチレン系重合体を得る試みとして、特定の構造を有する担体を用いる検討が行われている。例えば特許文献1、特許文献2には、特定の表面積、平均細孔容積、平均細孔径を有する高多孔質シリカを用いることが開示されている。また、特許文献3には、特定の構造を有するシリカから得られるフィリップス触媒と有機アルミニウム化合物を組み合わせて、ポリマーの分子量分布を広げる技術が開示されている。さらに特許文献4では特異な細孔の構造と結晶性を有するシリカを用いることについて開示されている。
しかしながら、これらの触媒ではポリマーの分子量分布や組成分布を制御することは困難であり、目標とする材料特性を発現するように触媒を設計することは出来ていない。
Therefore, if an ethylene polymer having both excellent physical properties such as creep resistance and moldability can be obtained using a Phillips catalyst, it will be a material having a better balance of physical properties and moldability than the conventional level. However, since it is difficult at the present stage to precisely control the catalyst using the Phillips catalyst to introduce an appropriate amount of long chain branches of an appropriate length in an appropriate molecular weight region, no specific guidelines have yet been obtained for a method of improving both physical properties and moldability.
In an attempt to obtain an ethylene polymer having a good balance of physical properties and moldability using a Phillips catalyst, the use of a carrier having a specific structure has been investigated. For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose the use of highly porous silica having a specific surface area, average pore volume, and average pore diameter. Patent Document 3 discloses a technique for broadening the molecular weight distribution of a polymer by combining a Phillips catalyst obtained from silica having a specific structure with an organoaluminum compound. Furthermore, Patent Document 4 discloses the use of silica having a unique pore structure and crystallinity.
However, it is difficult to control the molecular weight distribution and composition distribution of the polymer using these catalysts, and it has not been possible to design a catalyst that will produce the desired material properties.
そこで、高分子量成分と低分子量成分とを別々の触媒により重合させる試みが行われている。例えば、分子量が高くかつ分子量分布が広い高分子量成分を製造し、同時に分子量が低くかつ分子量分布が狭い低分子量成分を製造すれば、高分子量成分を増加させ、低分子量成分を減少させることができ、耐クリープ性及び耐衝撃性を共に向上させることが可能になる。このような観点から、特許文献5では、粘土鉱物を担体として用いたフィリップス触媒により高分子量のポリエチレンが得られることが開示されている。また、特許文献6、特許文献7では、粘土鉱物と通常のシリカを組み合わせることにより、得られるポリマーの分子量分布を制御可能なことが開示されている。
このように、種々の触媒が開発され、様々なエチレン系重合体が合成されているが、既存の触媒を用いて製造されたエチレン系重合体では所望の効果が得られない場合もある。そこで、エチレン系重合体のバリエーションの一つとして、超高分子量成分を有するエチレン系重合体が望まれている。
Therefore, attempts have been made to polymerize high molecular weight components and low molecular weight components using separate catalysts. For example, if a high molecular weight component with a high molecular weight and a wide molecular weight distribution is produced, and a low molecular weight component with a low molecular weight and a narrow molecular weight distribution is produced at the same time, the high molecular weight component can be increased and the low molecular weight component can be decreased, and both creep resistance and impact resistance can be improved. From this perspective, Patent Document 5 discloses that high molecular weight polyethylene can be obtained by a Phillips catalyst using a clay mineral as a carrier. Patent Documents 6 and 7 disclose that the molecular weight distribution of the obtained polymer can be controlled by combining a clay mineral with ordinary silica.
As described above, various catalysts have been developed and various ethylene polymers have been synthesized, but the ethylene polymers produced using existing catalysts may not provide the desired effects. Therefore, as one variation of ethylene polymers, an ethylene polymer having an ultra-high molecular weight component is desired.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を製造可能なエチレン系重合触媒成分を提供することを目的とする。また、本発明は、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を製造可能なエチレン系重合触媒の製造方法、超高分子量成分を有するエチレン系重合体の製造方法を提供することも目的とする。本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を重ねた結果、特定の赤外線スペクトル及び化学組成を有するエチレン系重合触媒成分を用いることで、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を製造できることを見出し、この知見に基づき、本発明を完成するに至った。本発明は、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and aims to provide an ethylene-based polymerization catalyst component capable of producing an ethylene-based polymer having an ultra-high molecular weight component. The present invention also aims to provide a method for producing an ethylene-based polymerization catalyst capable of producing an ethylene-based polymer having an ultra-high molecular weight component, and a method for producing an ethylene-based polymer having an ultra-high molecular weight component. In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted extensive research and found that an ethylene-based polymer having an ultra-high molecular weight component can be produced by using an ethylene-based polymerization catalyst component having a specific infrared spectrum and chemical composition, and have completed the present invention based on this finding. The present invention can be realized in the following forms.
〔1〕分析の前処理として600℃で24時間焼成した後に測定して、以下の特性1及び特性2を有する無機酸化物を含むことを特徴とするエチレン系重合触媒成分。
特性1:赤外線スペクトルにおいて、3600cm-1~3699cm-1の範囲Xで最大となるピーク強度Pxに対する3700cm-1~3799cm-1の範囲Yで最大となるピーク強度Pyの比率Py/Pxが10未満である。
特性2:SiO2を90重量%以上含有する。
[1] An ethylene polymerization catalyst component, comprising an inorganic oxide having the following properties 1 and 2, as measured after calcination at 600° C. for 24 hours as a pretreatment for analysis:
Property 1: In an infrared spectrum, the ratio Py/Px of a peak intensity Py having a maximum in a range Y of 3700 cm -1 to 3799 cm -1 to a peak intensity Px having a maximum in a range X of 3600 cm -1 to 3699 cm -1 is less than 10.
Property 2: Contains 90% or more by weight of SiO2 .
〔2〕前記無機酸化物が、粉末X線回折において2θ=23°~29°に半値幅0.2°以上5°以下の結晶性を示すピークを有することを特徴とする〔1〕に記載のエチレン系重合触媒成分。 [2] The ethylene-based polymerization catalyst component according to [1], characterized in that the inorganic oxide has a peak at 2θ = 23° to 29° in powder X-ray diffraction that indicates crystallinity with a half-width of 0.2° to 5°.
〔3〕上記〔1〕または〔2〕に記載のエチレン系重合触媒成分にクロム化合物を担持する工程(I)、
前記工程(I)で得られたクロム化合物担持成分を、非還元性雰囲気下、400℃~900℃で焼成活性化することにより少なくとも一部のクロム原子を6価とする工程(II)、
を含むことを特徴とするエチレン系重合触媒の製造方法。
[3] A step (I) of supporting a chromium compound on the ethylene-based polymerization catalyst component described in [1] or [2] above;
A step (II) of calcining and activating the chromium compound-supported component obtained in the step (I) at 400° C. to 900° C. in a non-reducing atmosphere to convert at least a part of chromium atoms into hexavalent chromium atoms;
2. A method for producing an ethylene polymerization catalyst comprising the steps of:
〔4〕前記工程(I)において、クロム原子を0.01重量%~2.0重量%含有する前記クロム化合物担持成分を得ることを特徴とする〔3〕に記載のエチレン系重合触媒の製造方法。 [4] The method for producing an ethylene-based polymerization catalyst according to [3], characterized in that in step (I), the chromium compound-supported component containing 0.01% by weight to 2.0% by weight of chromium atoms is obtained.
〔5〕前記工程(II)において、前記クロム化合物担持成分に含まれるクロム原子のうち50%以上のクロム原子を6価に酸化することを特徴とする〔3〕または〔4〕に記載のエチレン系重合触媒の製造方法。 [5] The method for producing an ethylene-based polymerization catalyst according to [3] or [4], characterized in that in step (II), 50% or more of the chromium atoms contained in the chromium compound-supported component are oxidized to hexavalent chromium.
〔6〕上記〔3〕から〔5〕のいずれか1項に記載の製造方法により得られるエチレン系重合触媒を用いて、エチレンを少なくとも含むモノマーを重合することを特徴とする、エチレン系重合体の製造方法。 [6] A method for producing an ethylene-based polymer, comprising polymerizing a monomer containing at least ethylene using an ethylene-based polymerization catalyst obtained by the method for producing an ethylene-based polymer according to any one of [3] to [5] above.
本発明のエチレン系重合触媒成分を用いると、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を製造可能なエチレン系重合触媒を提供できる。
本発明のエチレン系重合体触媒の製造方法によれば、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を製造可能なエチレン系重合触媒を製造できる。
本発明のエチレン系重合体の製造方法によれば、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を製造できる。
By using the ethylene-based polymerization catalyst component of the present invention, it is possible to provide an ethylene-based polymerization catalyst capable of producing an ethylene-based polymer having an ultrahigh molecular weight component.
According to the process for producing an ethylene polymer catalyst of the present invention, it is possible to produce an ethylene polymerization catalyst capable of producing an ethylene polymer having an ultra-high molecular weight component.
According to the process for producing an ethylene polymer of the present invention, an ethylene polymer having an ultra-high molecular weight component can be produced.
以下、本発明について、項目毎に具体的かつ詳細に説明する。
なお、本明細書において、数値範囲について「~」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「10~20」という記載では、下限値である「10」、上限値である「20」のいずれも含むものとする。すなわち、「10~20」は、「10以上20以下」と同じ意味である。
Hereinafter, the present invention will be described specifically and in detail for each item.
In this specification, when a numerical range is described using "to", the range includes the lower limit and the upper limit unless otherwise specified. For example, the description "10 to 20" includes both the lower limit "10" and the upper limit "20". In other words, "10 to 20" has the same meaning as "10 or more and 20 or less".
1.エチレン系重合触媒成分
エチレン系重合触媒成分は、分析の前処理として600℃で24時間焼成した後に測定して、以下の特性1及び特性2を有する無機酸化物を含むことを特徴とする。
特性1:赤外線スペクトルにおいて、3600cm-1~3699cm-1の範囲Xで最大となるピーク強度Pxに対する3700cm-1~3799cm-1の範囲Yで最大となるピーク強度Pyの比率Py/Pxが10未満である。
特性2:SiO2を90重量%以上含有する。
1. Ethylene-Based Polymerization Catalyst Component The ethylene-based polymerization catalyst component is characterized by containing an inorganic oxide having the following properties 1 and 2, as measured after calcination at 600° C. for 24 hours as a pretreatment for analysis.
Property 1: In an infrared spectrum, the ratio Py/Px of a peak intensity Py having a maximum in a range Y of 3700 cm -1 to 3799 cm -1 to a peak intensity Px having a maximum in a range X of 3600 cm -1 to 3699 cm -1 is less than 10.
Property 2: Contains 90% or more by weight of SiO2 .
2.無機酸化物としての無機酸化物粒子B1
特性1及び特性2を有する無機酸化物として、下記の無機酸化物粒子B1が好適に例示される。
2. Inorganic oxide particles B1 as inorganic oxide
As an inorganic oxide having the properties 1 and 2, the following inorganic oxide particles B1 are preferably exemplified.
(1)無機酸化物粒子B1の特性1
特性1は、赤外線スペクトルにおいて、3600cm-1~3699cm-1の範囲Xで最大となるピーク強度Pxに対する3700cm-1~3799cm-1の範囲Yで最大となるピーク強度Pyの比率Py/Pxが10未満であるという特性である。
赤外線スペクトルにおいて、3550cm-1付近に現れるピークは、水素結合性OH基に由来する。また、3650cm-1付近に現れるピークは、他と相互作用できない部位にあるOH基に由来する。他方、3750cm-1付近に現れるピークは、外表面の孤立OH基に由来する。上述の特性1の要件を充足する無機酸化物は、3650cm-1付近のピーク強度が相対的に強くなっている。このことは、無機酸化物粒子B1が、高温に加熱した場合にも、脱水縮合に関与しないOH基を多く含有する構造を有していることを示している。このような構造は、熱的に安定な規則性のある構造と考えられ、構造の規則性がOH基の配列に影響していると推定される。
なお、図1のグラフにおいて、無機酸化物粒子B1の一例(後述する実施例1)の赤外線スペクトルを実線で示す。
(1) Characteristics of inorganic oxide particles B1
Property 1 is that in an infrared spectrum, the ratio Py/Px of a peak intensity Py having a maximum in a range Y of 3700 cm -1 to 3799 cm -1 to a peak intensity Px having a maximum in a range X of 3600 cm -1 to 3699 cm -1 is less than 10.
In the infrared spectrum, the peak appearing near 3550 cm −1 is derived from hydrogen-bonded OH groups. The peak appearing near 3650 cm −1 is derived from OH groups at sites that cannot interact with others. On the other hand, the peak appearing near 3750 cm −1 is derived from isolated OH groups on the outer surface. Inorganic oxides that satisfy the requirements of the above-mentioned characteristic 1 have a relatively strong peak intensity near 3650 cm −1 . This indicates that inorganic oxide particles B1 have a structure that contains many OH groups that are not involved in dehydration condensation even when heated to high temperatures. Such a structure is considered to be a thermally stable regular structure, and it is presumed that the regularity of the structure affects the arrangement of the OH groups.
In the graph of FIG. 1, the infrared spectrum of one example of inorganic oxide particles B1 (Example 1 described below) is shown by a solid line.
(2)無機酸化物粒子B1の特性2
特性2は、SiO2を90重量%以上含有するという特性である。つまり、無機酸化物粒子B1は、主成分がSiO2の無機酸化物である。無機酸化物粒子B1におけるSiO2の含有率は、90重量%以上であればよいが、95重量%以上が好ましく、98重量%以上が更に好ましい。もちろん、SiO2の含有率は、100重量%であってもよい。無機酸化物粒子B1は、主成分がSiO2の粒子であるから、無機酸化物の形状を制御し易く、また触媒性能に優れる。
含有率が100重量%未満の場合、残りの成分は任意の無機酸化物成分であって良いが、周期表(無機化合物命名法の1990年規則による周期律表)の第2,3,4、及び13族金属を含む酸化物が好ましい。具体的には、マグネシア(MgO)、アルミナ(Al2O3)、チタニア(TiO2)、ジルコニア(ZrO2)、及びこれらの複合酸化物、すなわちアルミナ-チタニア(Al2O3-TiO2)、アルミナーマグネシア(Al2O3-MgO)、アルミナ-ジルコニア(Al2O3-ZrO2)、チタニア-マグネシア(TiO2-MgO)、チタニア-ジルコニア(TiO2-ZrO2)等が例示できる。これらの中で、マグネシア、アルミナ、チタニアが好ましく、さらにはアルミナ、チタニアが好ましい。
(2) Characteristics 2 of Inorganic Oxide Particles B1
Characteristic 2 is a characteristic that the inorganic oxide particles B1 contain 90% by weight or more of SiO2 . In other words, the inorganic oxide particles B1 are inorganic oxides whose main component is SiO2 . The content of SiO2 in the inorganic oxide particles B1 may be 90% by weight or more, but is preferably 95% by weight or more, and more preferably 98% by weight or more. Of course, the content of SiO2 may be 100% by weight. Since the inorganic oxide particles B1 are particles whose main component is SiO2 , it is easy to control the shape of the inorganic oxide and has excellent catalytic performance.
When the content is less than 100% by weight, the remaining components may be any inorganic oxide components, but are preferably oxides containing metals of Groups 2, 3, 4, and 13 of the Periodic Table (Periodic Table according to the 1990 Rules for the Nomenclature of Inorganic Compounds).Specific examples include magnesia (MgO), alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), and composite oxides thereof, i.e., alumina-titania (Al 2 O 3 -TiO 2 ), alumina-magnesia (Al 2 O 3 -MgO), alumina-zirconia (Al 2 O 3 -ZrO 2 ), titania-magnesia (TiO 2 -MgO), titania-zirconia (TiO 2 -ZrO 2 ), etc. Of these, magnesia, alumina and titania are preferred, with alumina and titania being more preferred.
(3)無機酸化物粒子B1の粉末X線回折
無機酸化物粒子B1は、粉末X線回折において2θ=23°~29°に半値幅0.2°以上5°以下の結晶性を示すピークを有することが好ましい。無機酸化物粒子B1が結晶性であると、エチレン系重合体が高分子量化する傾向にある。
(3) Powder X-ray Diffraction of Inorganic Oxide Particles B1 Inorganic oxide particles B1 preferably have a peak showing crystallinity with a half width of 0.2° to 5° at 2θ = 23° to 29° in powder X-ray diffraction. When inorganic oxide particles B1 are crystalline, the molecular weight of the ethylene-based polymer tends to be increased.
(4)無機酸化物粒子B1の表面積
無機酸化物粒子B1の表面積は、特に限定されない。クロム原子が分散した状態で担持されるという観点から、表面積が10m2/g以上1000m2/g以下であることが好ましく、20m2/g以上500m2/g以下であることがより好ましく、50m2/g以上400m2/g以下であることが更に好ましい。
(4) Surface Area of Inorganic Oxide Particles B1 The surface area of inorganic oxide particles B1 is not particularly limited. From the viewpoint of supporting chromium atoms in a dispersed state, the surface area is preferably 10 m 2 /g or more and 1000 m 2 /g or less, more preferably 20 m 2 /g or more and 500 m 2 /g or less, and even more preferably 50 m 2 /g or more and 400 m 2 /g or less.
(5)無機酸化物粒子B1の細孔容積
無機酸化物粒子B1の細孔容積は、特に限定されないが、細孔容積が0.05~5mL/gであることが好ましく、0.1~3mL/gであることが更に好ましい。
(5) Pore Volume of Inorganic Oxide Particles B1 The pore volume of the inorganic oxide particles B1 is not particularly limited, but the pore volume is preferably 0.05 to 5 mL/g, and more preferably 0.1 to 3 mL/g.
(6)無機酸化物粒子B1の形状
無機酸化物粒子B1の形状は特に限定されない。例えば、無機酸化物粒子B1は、粒子形状が板状である態様を採用することができる(第1態様)。
または、無機酸化物粒子B1は、板状の無機酸化物粒子B1が凝集した凝集体が含有されている態様を採用することができる(第2態様)。この第2態様の場合には、無機酸化物粒子B1は、凝集体のみから構成されていてもよい。また、この第2態様では、板状の無機酸化物粒子B1が凝集した凝集体と、板状の無機酸化物粒子B1であって凝集していない粒子と、が混在していてもよい。
板状の無機酸化物粒子B1の板厚T(nm)は、特に限定されない。結晶性構造を維持すること、及び重合時のポリマー中への分散性を維持する観点から、無機酸化物粒子B1の板厚T(nm)の平均値が1nm以上100nm以下であることが好ましく、5nm以上50nm以下であることがより好ましく、10nm以上40nm以下であることが更に好ましい。
なお、無機酸化物粒子B1の板厚T(nm)の平均値は、10個の無機酸化物粒子B1の板厚T(nm)を走査型電子顕微鏡(SEM)で測定し、その測定値を平均化することにより求める。図2は、無機酸化物粒子B1を走査型電子顕微鏡により観察した場合のSEM像の模式図であり、板厚T(nm)が示されている。
無機酸化物粒子B1の最大径D(nm)と板厚T(nm)との比であるD/Tの平均値は、特に限定されない。粒子中に板状構造として存在するという観点から、D/Tの平均値は10以上であることが好ましく、20以上であることがより好ましく、30以上であることが更に好ましい。D/Tの平均値の上限は、特に限定されないが、通常、2000である。
なお、D/Tの平均値は、10個の無機酸化物粒子B1を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察することにより求める。すなわち、D/Tの平均値は、10個の無機酸化物粒子B1を用い、各粒子について、それぞれ粒子の最大径D(nm)と板厚T(nm)との比であるD/Tを計算し、その値を平均することで求まる。図2は、無機酸化物粒子B1を走査型電子顕微鏡により観察した場合のSEM像の模式図であり、最大径D(nm)が示されている。この最大径D(nm)と、上述の板厚T(nm)から、各粒子のD/Tが求められる。
(6) Shape of the inorganic oxide particles B1 The shape of the inorganic oxide particles B1 is not particularly limited. For example, the inorganic oxide particles B1 may have a plate-like particle shape (first embodiment).
Alternatively, the inorganic oxide particles B1 may contain aggregates of plate-like inorganic oxide particles B1 (second embodiment). In this second embodiment, the inorganic oxide particles B1 may be composed of aggregates only. In addition, in this second embodiment, aggregates of plate-like inorganic oxide particles B1 and non-aggregated plate-like inorganic oxide particles B1 may be mixed.
The plate thickness T (nm) of the plate-like inorganic oxide particles B1 is not particularly limited. From the viewpoint of maintaining the crystalline structure and maintaining dispersibility in the polymer during polymerization, the average plate thickness T (nm) of the inorganic oxide particles B1 is preferably 1 nm or more and 100 nm or less, more preferably 5 nm or more and 50 nm or less, and even more preferably 10 nm or more and 40 nm or less.
The average plate thickness T (nm) of the inorganic oxide particles B1 is determined by measuring the plate thickness T (nm) of 10 inorganic oxide particles B1 with a scanning electron microscope (SEM) and averaging the measured values. Fig. 2 is a schematic diagram of an SEM image of the inorganic oxide particles B1 observed with a scanning electron microscope, and shows the plate thickness T (nm).
The average value of D/T, which is the ratio of the maximum diameter D (nm) of the inorganic oxide particles B1 to the plate thickness T (nm), is not particularly limited. From the viewpoint of being present as a plate-like structure in the particles, the average value of D/T is preferably 10 or more, more preferably 20 or more, and even more preferably 30 or more. The upper limit of the average value of D/T is not particularly limited, but is usually 2000.
The average value of D/T is obtained by observing 10 inorganic oxide particles B1 with a scanning electron microscope (SEM). That is, the average value of D/T is obtained by using 10 inorganic oxide particles B1, calculating D/T, which is the ratio of the maximum particle diameter D (nm) to the plate thickness T (nm) for each particle, and averaging the values. FIG. 2 is a schematic diagram of an SEM image when inorganic oxide particles B1 are observed with a scanning electron microscope, and the maximum diameter D (nm) is shown. The D/T of each particle can be obtained from this maximum diameter D (nm) and the above-mentioned plate thickness T (nm).
3.無機酸化物としての無機酸化物粒子B2
エチレン系重合触媒成分には、無機酸化物粒子B1以外に無機酸化物粒子B2を含むことができる。
無機酸化物粒子B2は、非晶質である。
無機酸化物粒子B2は、主成分がシリカ(SiO2)の粒子、主成分がシリカ-チタニア(SiO2-TiO2)の粒子、及び主成分がシリカ-アルミナ(SiO2-Al2O3)の粒子からなる群より選ばれた少なくとも1種以上の粒子から構成されていることが好ましい。ここで、主成分とは、含有率(重量%)が90重量%以上の物質をいう。
主成分がシリカ(SiO2)の粒子におけるシリカ(SiO2)の含有率は、90重量%以上であればよいが、95重量%以上が好ましく、98重量%以上が更に好ましい。もちろん、シリカ(SiO2)の含有率は、100重量%であってもよい。
主成分がシリカ-チタニア(SiO2-TiO2)の粒子におけるシリカ(SiO2)及びチタニア(TiO2)の合計含有率は、90重量%以上であればよいが、95重量%以上が好ましく、98重量%以上が更に好ましい。もちろん、シリカ(SiO2)及びチタニア(TiO2)の合計含有率は、100重量%であってもよい。
主成分がシリカ-アルミナ(SiO2-Al2O3)の粒子におけるシリカ(SiO2)及びアルミナ(Al2O3)の合計含有率は、90重量%以上であればよいが、95重量%以上が好ましく、98重量%以上が更に好ましい。もちろん、シリカ(SiO2)及びアルミナ(Al2O3)の合計含有率は、100重量%であってもよい。
これらの中でも、無機酸化物の粒子形状制御の容易さや触媒性能の観点から、無機酸化物粒子B2は、主成分がシリカ(SiO2)の粒子であることが好ましい。
なお、主成分がシリカ-チタニア(SiO2-TiO2)の粒子を用いる場合には、金属成分として、チタン原子が0.2重量%~40重量%、好ましくは0.5重量%~30重量%、さらに好ましくは1重量%~20重量%含有された粒子が用いられる。
また、主成分がシリカ-ジルコニア(SiO2-ZrO2)の粒子を用いる場合には、金属成分として、ジルコニウム原子が0.2重量%~40重量%、好ましくは0.5重量%~30重量%、さらに好ましくは1重量%~20重量%含有された粒子が用いられる。
また、主成分がシリカ-アルミナ(SiO2-Al2O3)の粒子を用いる場合には、金属成分として、アルミニウム原子が0.2重量%~40重量%、好ましくは0.5重量%~30重量%、さらに好ましくは1重量%~20重量%含有された粒子が用いられる。
3. Inorganic oxide particles B2 as inorganic oxide
The ethylene-based polymerization catalyst component can contain inorganic oxide particles B2 in addition to inorganic oxide particles B1.
The inorganic oxide particles B2 are amorphous.
The inorganic oxide particles B2 are preferably composed of at least one type of particles selected from the group consisting of particles whose main component is silica (SiO 2 ), particles whose main component is silica-titania (SiO 2 -TiO 2 ), and particles whose main component is silica-alumina (SiO 2 -Al 2 O 3 ). Here, the main component refers to a substance whose content (wt %) is 90 wt % or more.
The silica (SiO 2 ) content in the particles whose main component is silica (SiO 2 ) may be 90% by weight or more, preferably 95% by weight or more, and more preferably 98% by weight or more. Of course, the silica (SiO 2 ) content may be 100% by weight.
The total content of silica (SiO 2 ) and titania (TiO 2 ) in the particles whose main component is silica-titania (SiO 2 -TiO 2 ) may be 90% by weight or more, preferably 95% by weight or more, and more preferably 98% by weight or more. Of course, the total content of silica (SiO 2 ) and titania (TiO 2 ) may be 100% by weight.
The total content of silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) in the particles whose main component is silica-alumina (SiO 2 -Al 2 O 3 ) may be 90% by weight or more, preferably 95% by weight or more, and more preferably 98% by weight or more. Of course, the total content of silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) may be 100% by weight.
Among these, from the viewpoints of ease of controlling the particle shape of the inorganic oxide and catalyst performance, it is preferable that the inorganic oxide particles B2 are particles whose main component is silica (SiO 2 ).
When particles whose main component is silica-titania (SiO 2 --TiO 2 ) are used, the particles contain titanium atoms in an amount of 0.2 to 40% by weight, preferably 0.5 to 30% by weight, and more preferably 1 to 20% by weight, as the metal component.
Furthermore, when particles whose main component is silica-zirconia (SiO 2 --ZrO 2 ) are used, the particles contain 0.2 to 40% by weight, preferably 0.5 to 30% by weight, and more preferably 1 to 20% by weight, of zirconium atoms as the metal component.
Furthermore, when particles whose main component is silica-alumina (SiO 2 -Al 2 O 3 ) are used, the particles contain 0.2 to 40% by weight, preferably 0.5 to 30% by weight, and more preferably 1 to 20% by weight, of aluminum atoms as the metal component.
無機酸化物粒子B2の表面積は、特に限定されない。クロム原子が分散した状態で担持されるという観点から、表面積が100m2/g以上1000m2/g以下であることが好ましく、150m2/g以上950m2/g以下であることがより好ましく、200m2/g以上900m2/g以下であることが更に好ましい。 The surface area of the inorganic oxide particles B2 is not particularly limited. From the viewpoint of supporting chromium atoms in a dispersed state, the surface area is preferably 100 m 2 /g or more and 1000 m 2 /g or less, more preferably 150 m 2 /g or more and 950 m 2 /g or less, and even more preferably 200 m 2 /g or more and 900 m 2 /g or less.
無機酸化物粒子B2の細孔容積は、特に限定されない。クロム原子が分散した状態で担持され、さらに重合中に粒子が崩壊しながらポリマーが成長しやすいという観点から、細孔容積が0.1mL/g以上5.0mL/g以下であることが好ましく、0.2mL/g以上3.0mL/gであることがより好ましい。 The pore volume of the inorganic oxide particles B2 is not particularly limited. From the viewpoint that the chromium atoms are supported in a dispersed state and that the particles are easily disintegrated during polymerization to allow the polymer to grow, the pore volume is preferably 0.1 mL/g or more and 5.0 mL/g or less, and more preferably 0.2 mL/g or more and 3.0 mL/g or less.
4.エチレン系重合触媒の製造方法
エチレン系重合触媒の製造方法は、エチレン系重合触媒成分にクロム化合物を担持する工程(I)、
工程(I)で得られたクロム化合物担持成分を、非還元性雰囲気下、400℃~900℃で焼成活性化することにより少なくとも一部のクロム原子を6価とする工程(II)、
を含む。
4. Method for Producing an Ethylene-Based Polymerization Catalyst The method for producing an ethylene-based polymerization catalyst includes the steps of: (I) supporting a chromium compound on an ethylene-based polymerization catalyst component;
A step (II) of calcining and activating the chromium compound-supported component obtained in the step (I) at 400° C. to 900° C. in a non-reducing atmosphere to convert at least a part of the chromium atoms into hexavalent chromium atoms;
Includes.
4.1 クロム触媒A1の製造方法
エチレン系重合触媒の製造方法において、エチレン系重合触媒成分に無機酸化物粒子B1を含む場合は、次のような製造方法とされる(この製造方法で製造されるエチレン系重合触媒をクロム触媒A1とする)。
クロム触媒A1の製造方法は、無機酸化物粒子B1にクロム化合物Dを担持する工程(I)、工程(I)で得られたクロム化合物Dを担持した無機酸化物粒子B1(クロム化合物担持成分)を、非還元性雰囲気下、400℃~900℃で焼成活性化することにより少なくとも一部のクロム原子を6価とする工程(II)、を含むことになる。
4.1 Production method of chromium catalyst A1 In the production method of an ethylene-based polymerization catalyst, when the ethylene-based polymerization catalyst component contains inorganic oxide particles B1, the production method is as follows (the ethylene-based polymerization catalyst produced by this production method is referred to as chromium catalyst A1).
The method for producing the chromium catalyst A1 includes the steps of: a step (I) of supporting a chromium compound D on inorganic oxide particles B1; and a step (II) of calcining and activating the inorganic oxide particles B1 supporting the chromium compound D obtained in the step (I) at 400° C. to 900° C. in a non-reducing atmosphere, thereby converting at least a portion of the chromium atoms into hexavalent chromium atoms.
ここで、クロム触媒A1について説明する。クロム触媒A1は、無機酸化物粒子B1にクロム化合物C1が担持された触媒である。
クロム触媒A1は、少なくとも一部のクロム原子が6価のクロム触媒であり、一般にフィリップス触媒と呼ばれる触媒に分類される。
松浦一雄・三上尚孝編著「ポリエチレン技術読本」81頁 2001年 工業調査会、M.P.McDaniel; Advances in Catalysis Vol.33 p.47(1985)Academic Press Inc.、M.P.McDaniel「Handbook of Heterogeneous Catalysis」p.2400(1997)VCH、M.B.Welch etal.「Handbook of Polyolefins Synthesis and Properties」p.21(1993)Marcel Dekkerなどの文献に、この触媒の概要が記載されている。クロム触媒A1は、一般的には、無機酸化物粒子B1(無機酸化物担体)に、後述するクロム化合物Dを接触させ、非還元性雰囲気で賦活して製造される。
Here, the chromium catalyst A1 will be described. The chromium catalyst A1 is a catalyst in which a chromium compound C1 is supported on inorganic oxide particles B1.
Chromium catalyst A1 is a chromium catalyst in which at least some of the chromium atoms are hexavalent, and is generally classified as a catalyst known as a Phillips catalyst.
An outline of this catalyst is described in the literature such as Kazuo Matsuura and Naotaka Mikami (eds.), "Polyethylene Technology Reader," p. 81, 2001, Kogyo Chosakai, M. P. McDaniel; Advances in Catalysis Vol. 33 p. 47 (1985), Academic Press Inc., M. P. McDaniel "Handbook of Heterogeneous Catalysis," p. 2400 (1997) VCH, M. B. Welch et al. "Handbook of Polyolefins Synthesis and Properties," p. 21 (1993) Marcel Dekker. The chromium catalyst A1 is generally produced by contacting inorganic oxide particles B1 (inorganic oxide support) with a chromium compound D described below and activating the mixture in a non-reducing atmosphere.
上記クロム化合物C1は、少なくとも一部のクロム原子が6価であるクロム化合物であれば、特に限定されない。例えば、クロム化合物C1は、酸化クロム、クロムのハロゲン化物、オキシハロゲン化物、クロム酸塩、重クロム酸塩、硝酸塩、カルボン酸塩、硫酸塩、クロム-1,3-ジケト化合物、クロム酸エステル等(以下、ここに列挙された酸化クロム~クロム酸エステル等の3価のクロム化合物を「クロム化合物D」ともいう)に由来する。クロム化合物Dは、無機酸化物粒子B1に担持された後、非還元性雰囲気で賦活されてクロム化合物C1になる。無機酸化物粒子B1に、6価のクロム化合物C1を直接担持しても良い。
クロム化合物Dとして、より具体的には、酸化クロム(III)、三塩化クロム、塩化クロミル、クロム酸カリウム、クロム酸アンモニウム、重クロム酸カリウム、硝酸クロム、硫酸クロム、酢酸クロム、トリス(2-エチルヘキサノエート)クロム、クロムアセチルアセトネート、ビス(tert-ブチル)クロメート等が挙げられる。特に、クロム化合物Dとして、酸化クロム(III)、酢酸クロム、クロムアセチルアセトネートが好ましい。
なお、酢酸クロム、クロムアセチルアセトネートのような有機基を有するクロム化合物を用いた場合でも、後に述べる非還元性雰囲気での賦活によって有機基部分は、燃焼し、最終的には、酸化クロム(III)を用いた場合と同様に、無機酸化物担体表面の水酸基と反応し、少なくとも一部のクロム原子は6価となってクロム酸エステルの構造で固定化されることが知られている(V.J.Ruddic etal.;J.Phys.Chem.Vol.100 p.11062(1996)、S.M.Augustin etal.;J.Catal.Vol.161 p.641(1996)参照)。
The chromium compound C1 is not particularly limited as long as it is a chromium compound in which at least some of the chromium atoms are hexavalent. For example, the chromium compound C1 is derived from chromium oxide, chromium halide, oxyhalide, chromate, dichromate, nitrate, carboxylate, sulfate, chromium-1,3-diketo compound, chromate ester, etc. (hereinafter, the trivalent chromium compounds such as chromium oxide to chromate ester listed here are also referred to as "chromium compound D"). The chromium compound D is supported on the inorganic oxide particles B1 and then activated in a non-reducing atmosphere to become the chromium compound C1. The hexavalent chromium compound C1 may be directly supported on the inorganic oxide particles B1.
More specific examples of the chromium compound D include chromium (III) oxide, chromium trichloride, chromyl chloride, potassium chromate, ammonium chromate, potassium dichromate, chromium nitrate, chromium sulfate, chromium acetate, tris(2-ethylhexanoate)chromium, chromium acetylacetonate, bis(tert-butyl)chromate, etc. In particular, chromium compound D is preferably chromium (III) oxide, chromium acetate, or chromium acetylacetonate.
It is known that even when a chromium compound having an organic group, such as chromium acetate or chromium acetylacetonate, is used, the organic group portion is burned by activation in a non-reducing atmosphere, which will be described later, and ultimately reacts with hydroxyl groups on the surface of the inorganic oxide support, as in the case of using chromium (III) oxide, and at least a part of the chromium atoms becomes hexavalent and is fixed in a chromate ester structure (see V. J. Ruddick et al.; J. Phys. Chem. Vol. 100, p. 11062 (1996); S. M. Augustin et al.; J. Catal. Vol. 161, p. 641 (1996)).
工程(I)では、次の方法を採用できる。無機酸化物粒子B1にクロム化合物D溶液を含浸させた後、溶媒を留去する方法、溶媒を用いずにクロム化合物Dを昇華させる方法が好適に例示される。また、他の公知の方法も採用できる。なお、担持方法は、使用するクロム化合物Dの種類によって、適宜選択される。
また、無機酸化物粒子B1の製造時に、予めクロム化合物Dを添加した原料を用いることによって、クロム化合物Dが担持された無機酸化物粒子B1を直接得てもよい。
In step (I), the following methods can be used. Suitable examples include a method in which the inorganic oxide particles B1 are impregnated with a chromium compound D solution and then the solvent is removed, and a method in which the chromium compound D is sublimated without using a solvent. Other known methods can also be used. The supporting method is appropriately selected depending on the type of chromium compound D used.
Furthermore, during the production of the inorganic oxide particles B1, a raw material to which the chromium compound D has been added beforehand may be used, thereby directly obtaining the inorganic oxide particles B1 carrying the chromium compound D.
工程(I)において、クロム原子を0.01重量%~2.0重量%含有するクロム化合物Dを担持した無機酸化物粒子B1を得てもよい。クロム触媒A1におけるクロム原子の含有量は、特に限定されないが、担持されるクロム原子がクロム原子同士で凝集を起こさず、効率的に活性化される観点から、0.01重量%~2.0重量%であることが好ましく、0.1重量%~2.0重量%であることがより好ましく、0.2重量%~1.5重量%であることが更に好ましい。 In step (I), inorganic oxide particles B1 may be obtained that support chromium compound D containing 0.01% to 2.0% by weight of chromium atoms. The content of chromium atoms in chromium catalyst A1 is not particularly limited, but from the viewpoint of preventing the supported chromium atoms from agglomerating with each other and being efficiently activated, it is preferably 0.01% to 2.0% by weight, more preferably 0.1% to 2.0% by weight, and even more preferably 0.2% to 1.5% by weight.
工程(II)は、工程(I)で得られたクロム化合物Dを担持した無機酸化物粒子B1を、賦活炉で焼成して賦活を行う。賦活は、水分を実質的に含まない非還元性雰囲気で行う。例えば、酸素又は空気下で行われるが、不活性ガスが共存していてもよい。好ましくは、モレキュラーシーブスなどを流通させ充分に乾燥した空気を用い流動状態下で行う。
賦活の温度は、400℃~900℃であり、430℃~900℃が好ましく、450℃~850℃がより好ましい。賦活を行う時間は、特に限定されない。賦活を行う時間は、30分~48時間が好ましく、1時間~35時間がより好ましく、2時間~30時間が更に好ましい。賦活により、無機酸化物粒子B1に担持されたクロム化合物Dのクロム原子の少なくとも一部が、6価に酸化され、前述したように、無機酸化物粒子B1上にクロム化合物C1が化学的に固定される。賦活を400℃未満で行うと重合活性が低下し、さらに900℃を超える温度で行うと、シンタリングが起こり、活性が低下する。
In step (II), the inorganic oxide particles B1 carrying the chromium compound D obtained in step (I) are fired in an activation furnace to activate the inorganic oxide particles B1. The activation is carried out in a non-reducing atmosphere that is substantially free of moisture. For example, the activation is carried out in oxygen or air, but an inert gas may also be present. Preferably, the activation is carried out under a fluidized state using air that has been sufficiently dried by passing molecular sieves or the like through the air.
The activation temperature is 400°C to 900°C, preferably 430°C to 900°C, and more preferably 450°C to 850°C. The activation time is not particularly limited. The activation time is preferably 30 minutes to 48 hours, more preferably 1 hour to 35 hours, and even more preferably 2 hours to 30 hours. By the activation, at least a part of the chromium atoms of the chromium compound D supported on the inorganic oxide particles B1 is oxidized to hexavalent atoms, and as described above, the chromium compound C1 is chemically fixed on the inorganic oxide particles B1. If the activation is performed at a temperature lower than 400°C, the polymerization activity decreases, and if the activation is performed at a temperature higher than 900°C, sintering occurs and the activity decreases.
クロム化合物Dの担持時又は賦活時に、ケイフッ化アンモニウム、一水素二フッ化アンモニウムのようなフッ素化合物、チタンテトライソプロポキシドのようなチタンアルコキシド類、ジルコニウムテトラブトキシドのようなジルコニウムアルコキシド類、アルミニウムトリブトキシドのようなアルミニウムアルコキシド類、トリアルキルアルミニウムに例示される有機アルミニウム類、ジアルキルマグネシウムに例示される有機マグネシウム類等に代表される金属アルコキシド類、又は有機金属化合物を添加して、エチレン重合活性や得られるエチレン系重合体の分子量と分子量分布を調節する公知の方法を、併用してもよい。
これらの金属アルコキシド類又は有機金属化合物では、非還元性雰囲気での賦活によって、有機基部分は燃焼し、チタニア、ジルコニア、アルミナ又はマグネシアのような金属酸化物に酸化されて、触媒中に含まれる。また、フッ素化合物は、賦活時、熱分解することによって、無機酸化物担体をフッ素化する。
これらの方法は、C.E.Marsden;Plastics,Rubber and Composites Processing and Aplications Vol.21 p.193(1994)、T.Pullukat etal.;J.Polym.Sci.,Polym.Chem.Ed.Vol.82 p.118(1980)、M.P.McDaniel etal.;J.Catal.Vol.82 p.118(1983)等の文献に概要又は詳細が記載されている。
During the supporting or activation of chromium compound D, a known method for adjusting the ethylene polymerization activity or the molecular weight and molecular weight distribution of the resulting ethylene polymer may be used in combination with the addition of a fluorine compound such as ammonium silicofluoride or ammonium hydrogen difluoride, a titanium alkoxide such as titanium tetraisopropoxide, a zirconium alkoxide such as zirconium tetrabutoxide, an aluminum alkoxide such as aluminum tributoxide, an organoaluminum such as trialkylaluminum, an organomagnesium such as dialkylmagnesium, or a metal alkoxide such as an organometallic compound.
In these metal alkoxides or organometallic compounds, the organic group portion is burned by activation in a non-reducing atmosphere, and is oxidized to a metal oxide such as titania, zirconia, alumina or magnesia, which is contained in the catalyst. In addition, the fluorine compound is thermally decomposed during activation to fluorinate the inorganic oxide support.
These methods are generally or in detail described in documents such as C. E. Marsden; Plastics, Rubber and Composites Processing and Applications Vol. 21 p. 193 (1994), T. Pullukat et al.; J. Polym. Sci., Polym. Chem. Ed. Vol. 82 p. 118 (1980), M. P. McDaniel et al.; J. Catal. Vol. 82 p. 118 (1983).
工程(II)において、クロム化合物Dを担持した無機酸化物粒子B1に含まれるクロム原子のうち50%以上のクロム原子を6価に酸化することが好ましい。クロム化合物Dを担持した無機酸化物粒子B1に含まれるクロム原子のうち6価に酸化されるクロム原子は、60%以上がより好ましい。6価に酸化されるクロム原子の上限値は、100%である。6価に酸化されるクロム原子の割合は、賦活の温度及び時間により調節される。
クロム原子の総量は、通常一般の金属分析法、例えば、プラズマ発光分析、蛍光X線法により測定することができる。クロムの価数は、固体生成物の色変化(一般的には、6価は黄色からオレンジ色、3価は緑色、2価は青色)を肉眼観察することにより、概略を知ることができるが、定量を行うには、簡便な手法として、キレート滴定法や吸光光度法が知られている。具体的には、日本化学会編「実験化学講座15 分析」丸善(1991年)P.246~248に記載がある。例えば、3価のクロムの場合は、酸性溶液中の3価のクロムに対して、過剰の濃度既知のEDTA(エチレンジアミン四酢酸)を加え5~10分煮沸し、3価の鉄の標準液で滴定することにより、定量できる。また、6価のクロムの場合は、アルカリ性溶液ではCrO4
2-として存在することを利用し、366nmの波長の吸光度を測定することにより定量が可能である。
In step (II), it is preferable that 50% or more of the chromium atoms contained in the inorganic oxide particles B1 carrying the chromium compound D are oxidized to a hexavalent state. More preferably, 60% or more of the chromium atoms contained in the inorganic oxide particles B1 carrying the chromium compound D are oxidized to a hexavalent state. The upper limit of the chromium atoms oxidized to a hexavalent state is 100%. The proportion of chromium atoms oxidized to a hexavalent state is adjusted by the activation temperature and time.
The total amount of chromium atoms can be measured by a general metal analysis method, such as plasma emission spectrometry or X-ray fluorescence spectrometry. The valence of chromium can be roughly known by visually observing the color change of the solid product (generally, hexavalent chromium is yellow to orange, trivalent chromium is green, and divalent chromium is blue), but for quantitative analysis, chelate titration and absorptiometry are known as simple methods. Specifically, it is described in "Experimental Chemistry Lecture 15 Analysis" edited by the Chemical Society of Japan, Maruzen (1991), pp. 246-248. For example, in the case of trivalent chromium, an excess of EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) of a known concentration is added to trivalent chromium in an acidic solution, boiled for 5-10 minutes, and titrated with a standard solution of trivalent iron to quantitatively determine the amount. In addition, in the case of hexavalent chromium, it is possible to quantitatively determine the amount by measuring the absorbance at a wavelength of 366 nm, taking advantage of the fact that it exists as CrO 4 2- in an alkaline solution.
4.2 クロム触媒A2の製造方法
エチレン系重合触媒の製造方法において、エチレン系重合触媒成分に無機酸化物粒子B2を含む場合は、次のような製造方法とされる(この製造方法で製造されるエチレン系重合触媒をクロム触媒A2とする)。
クロム触媒A2の製造方法は、無機酸化物粒子B2にクロム化合物Eを担持する工程(III)、工程(III)で得られたクロム化合物Eを担持した無機酸化物粒子B2を、非還元性雰囲気下、400℃~900℃で焼成活性化することにより少なくとも一部のクロム原子を6価とする工程(IV)、を含むことになる。
4.2 Production method of chromium catalyst A2 In the production method of an ethylene-based polymerization catalyst, when the ethylene-based polymerization catalyst component contains inorganic oxide particles B2, the production method is as follows (the ethylene-based polymerization catalyst produced by this production method is referred to as chromium catalyst A2).
The method for producing the chromium catalyst A2 includes a step (III) of supporting a chromium compound E on inorganic oxide particles B2, and a step (IV) of calcining and activating the inorganic oxide particles B2 supporting the chromium compound E obtained in the step (III) at 400° C. to 900° C. in a non-reducing atmosphere to convert at least a portion of the chromium atoms to a hexavalent form.
ここでクロム触媒A2について説明する。
クロム触媒A2は、非晶質の無機酸化物粒子B2にクロム化合物C2が担持されてなる。
クロム触媒A2は、少なくとも一部のクロム原子が6価のクロム触媒であり、一般にフィリップス触媒と呼ばれる触媒に分類される。
松浦一雄・三上尚孝編著「ポリエチレン技術読本」81頁 2001年 工業調査会、M.P.McDaniel; Advances in Catalysis Vol.33 p.47(1985)Academic Press Inc.、M.P.McDaniel「Handbook of Heterogeneous Catalysis」p.2400(1997)VCH、M.B.Welch etal.「Handbook of Polyolefins Synthesis and Properties」p.21(1993)Marcel Dekkerなどの文献に、この触媒の概要が記載されている。クロム触媒A2は、一般的には、非晶質の無機酸化物粒子B2(無機酸化物担体)に、後述するクロム化合物Eを接触させ、非還元性雰囲気で賦活して製造される。
Here, the chromium catalyst A2 will be described.
The chromium catalyst A2 is formed by supporting a chromium compound C2 on amorphous inorganic oxide particles B2.
The chromium catalyst A2 is a chromium catalyst in which at least some of the chromium atoms are hexavalent, and is generally classified as a catalyst called a Phillips catalyst.
An outline of this catalyst is described in the literature such as Kazuo Matsuura and Naotaka Mikami (eds.), "Polyethylene Technology Reader," p. 81, 2001, Kogyo Chosakai, M. P. McDaniel; Advances in Catalysis Vol. 33 p. 47 (1985), Academic Press Inc., M. P. McDaniel "Handbook of Heterogeneous Catalysis," p. 2400 (1997) VCH, M. B. Welch et al. "Handbook of Polyolefins Synthesis and Properties," p. 21 (1993) Marcel Dekker. The chromium catalyst A2 is generally produced by contacting amorphous inorganic oxide particles B2 (inorganic oxide support) with a chromium compound E described below and activating the mixture in a non-reducing atmosphere.
クロム触媒A2の粒子の平均粒子径は、特に限定されない。取扱い上の観点から、平均粒子径は、0.001μm以上200μm以下であることが好ましく、0.005μm以上150μm以下であることがより好ましく、0.01μm以上100μm以下であることが更に好ましい。
なお、クロム触媒A2の粒子の平均粒子径は、レーザー回折法による測定か、20個のクロム触媒A2の粒子径を走査型電子顕微鏡(SEM)で測定し、その測定値を平均化することにより求められる。今回は、平均粒子径が0.1μm以上の粒子についてはレーザー回折法による粒度分布測定装置により平均粒子径を求め、平均粒子径が0.1μm未満の粒子についてはSEM観察により平均粒子径を求めた。
The average particle size of the particles of the chromium catalyst A2 is not particularly limited. From the viewpoint of handling, the average particle size is preferably 0.001 μm or more and 200 μm or less, more preferably 0.005 μm or more and 150 μm or less, and even more preferably 0.01 μm or more and 100 μm or less.
The average particle size of the particles of chromium catalyst A2 can be determined by measuring the particle size of 20 particles of chromium catalyst A2 using a scanning electron microscope (SEM) and averaging the measured values. In this study, the average particle size of particles with an average particle size of 0.1 μm or more was determined using a particle size distribution measuring device using the laser diffraction method, and the average particle size of particles with an average particle size of less than 0.1 μm was determined by SEM observation.
クロム化合物C2は、少なくとも一部のクロム原子が6価であるクロム化合物であれば、特に限定されない。例えば、クロム化合物C2は、酸化クロム、クロムのハロゲン化物、オキシハロゲン化物、クロム酸塩、重クロム酸塩、硝酸塩、カルボン酸塩、硫酸塩、クロム-1,3-ジケト化合物、クロム酸エステル等(以下、ここに列挙された酸化クロム~クロム酸エステル等の3価のクロム化合物を「クロム化合物E」ともいう)に由来する。クロム化合物Eは、無機酸化物粒子B2に担持された後、非還元性雰囲気で賦活されてクロム化合物C2になる。無機酸化物粒子B2に、6価のクロム化合物C2を直接担持しても良い。
クロム化合物Eとして、より具体的には、酸化クロム(III)、三塩化クロム、塩化クロミル、クロム酸カリウム、クロム酸アンモニウム、重クロム酸カリウム、硝酸クロム、硫酸クロム、酢酸クロム、トリス(2-エチルヘキサノエート)クロム、クロムアセチルアセトネート、ビス(t-ブチル)クロメート等が挙げられる。特に、クロム化合物Eとして、酸化クロム(III)、酢酸クロム、クロムアセチルアセトネートが好ましい。
なお、酢酸クロム、クロムアセチルアセトネートのような有機基を有するクロム化合物を用いた場合でも、後に述べる非還元性雰囲気での賦活によって有機基部分は、燃焼し、最終的には、酸化クロム(III)を用いた場合と同様に、無機酸化物担体表面の水酸基と反応し、少なくとも一部のクロム原子は6価となってクロム酸エステルの構造で固定化されることが知られている(V.J.Ruddic etal.;J.Phys.Chem.Vol.100 p.11062(1996)、S.M.Augustin etal.;J.Catal.Vol.161 p.641(1996)参照)。
なお、クロム化合物C1とクロム化合物C2は、同一であっても異なっていてもよい。
また、クロム化合物Dとクロム化合物Eは、同一であっても異なっていてもよい。
The chromium compound C2 is not particularly limited as long as it is a chromium compound in which at least some of the chromium atoms are hexavalent. For example, the chromium compound C2 is derived from chromium oxide, chromium halide, oxyhalide, chromate, dichromate, nitrate, carboxylate, sulfate, chromium-1,3-diketo compound, chromate ester, etc. (hereinafter, the trivalent chromium compounds listed here, such as chromium oxide to chromate ester, are also referred to as "chromium compound E"). The chromium compound E is supported on the inorganic oxide particles B2, and then activated in a non-reducing atmosphere to become the chromium compound C2. The hexavalent chromium compound C2 may be directly supported on the inorganic oxide particles B2.
More specific examples of the chromium compound E include chromium (III) oxide, chromium trichloride, chromyl chloride, potassium chromate, ammonium chromate, potassium dichromate, chromium nitrate, chromium sulfate, chromium acetate, tris(2-ethylhexanoate)chromium, chromium acetylacetonate, bis(t-butyl)chromate, etc. In particular, chromium compound E is preferably chromium (III) oxide, chromium acetate, or chromium acetylacetonate.
It is known that even when a chromium compound having an organic group, such as chromium acetate or chromium acetylacetonate, is used, the organic group portion is burned by activation in a non-reducing atmosphere, which will be described later, and ultimately reacts with hydroxyl groups on the surface of the inorganic oxide support, as in the case of using chromium (III) oxide, and at least a part of the chromium atoms becomes hexavalent and is fixed in a chromate ester structure (see V. J. Ruddick et al.; J. Phys. Chem. Vol. 100, p. 11062 (1996); S. M. Augustin et al.; J. Catal. Vol. 161, p. 641 (1996)).
The chromium compound C1 and the chromium compound C2 may be the same or different.
Moreover, chromium compound D and chromium compound E may be the same or different.
工程(III)では、次の方法を採用できる。無機酸化物粒子B2にクロム化合物E溶液を含浸させた後、溶媒を留去する方法、溶媒を用いずにクロム化合物Eを昇華させる方法が好適に例示される。また、他の公知の方法も採用できる。なお、担持方法は、使用するクロム化合物Eの種類によって、適宜選択される。
また、無機酸化物粒子B2の製造時に、予めクロム化合物Eを添加した原料を用いることによって、クロム化合物Eが担持された無機酸化物粒子B2を直接得てもよい。
In step (III), the following methods can be used. Suitable examples include a method of impregnating the inorganic oxide particles B2 with a chromium compound E solution and then distilling off the solvent, and a method of sublimating the chromium compound E without using a solvent. Other known methods can also be used. The supporting method is appropriately selected depending on the type of chromium compound E used.
Furthermore, during the production of the inorganic oxide particles B2, a raw material to which the chromium compound E has been added beforehand may be used, thereby directly obtaining the inorganic oxide particles B2 carrying the chromium compound E.
工程(III)において、クロム原子を0.01重量%~2.0重量%含有するクロム化合物Eを担持した無機酸化物粒子B2を得てもよい。クロム触媒A2におけるクロム原子の含有量は、特に限定されないが、担持されるクロム原子がクロム原子同士で凝集を起こさず、効率的に活性化される観点から、0.01重量%~2.0重量%であることが好ましく、0.1重量%~2.0重量%であることがより好ましく、0.2重量%~1.5重量%であることが更に好ましい。 In step (III), inorganic oxide particles B2 may be obtained that support chromium compound E containing 0.01% to 2.0% by weight of chromium atoms. The content of chromium atoms in chromium catalyst A2 is not particularly limited, but from the viewpoint of preventing the supported chromium atoms from agglomerating with each other and being efficiently activated, it is preferably 0.01% to 2.0% by weight, more preferably 0.1% to 2.0% by weight, and even more preferably 0.2% to 1.5% by weight.
工程(IV)は、工程(III)で得られたクロム化合物Eを担持した無機酸化物粒子B2を、賦活炉で焼成して賦活を行う。賦活は、水分を実質的に含まない非還元性雰囲気で行う。例えば、酸素又は空気下で行われるが、不活性ガスが共存していてもよい。好ましくは、モレキュラーシーブスなどを流通させ充分に乾燥した空気を用い流動状態下で行う。
賦活の温度は、特に限定されない。賦活の温度は、400℃~900℃であり、430℃~900℃が好ましく、450℃~850℃がより好ましい。賦活を行う時間は、特に限定されない。賦活を行う時間は、30分~48時間が好ましく、1時間~35時間がより好ましく、2時間~30時間が更に好ましい。賦活を400℃未満で行うと重合活性が低下し、また得られる重合体の分子量分布が広くなることから、耐久性は向上するものの耐衝撃性が低下する。賦活を、800℃を越える温度で行うと、得られる重合体の分子量分布が狭くなることから、耐衝撃性は向上するものの耐久性が低下する。さらに900℃を超える温度で行うと、シンタリングが起こり、活性が低下する。賦活により、無機酸化物粒子B2に担持されたクロム化合物Eのクロム原子の少なくとも一部は、6価に酸化され、前述したように、無機酸化物粒子B2上にクロム化合物C2が化学的に固定される。
In step (IV), the inorganic oxide particles B2 carrying the chromium compound E obtained in step (III) are fired in an activation furnace to activate the inorganic oxide particles B2. The activation is carried out in a non-reducing atmosphere that is substantially free of moisture. For example, the activation is carried out in oxygen or air, but an inert gas may also be present. Preferably, the activation is carried out under a fluidized state using air that has been sufficiently dried by passing through a molecular sieve or the like.
The activation temperature is not particularly limited. The activation temperature is 400°C to 900°C, preferably 430°C to 900°C, and more preferably 450°C to 850°C. The activation time is not particularly limited. The activation time is preferably 30 minutes to 48 hours, more preferably 1 hour to 35 hours, and even more preferably 2 hours to 30 hours. If the activation is performed at a temperature lower than 400°C, the polymerization activity decreases, and the molecular weight distribution of the obtained polymer becomes broad, so that the durability improves but the impact resistance decreases. If the activation is performed at a temperature exceeding 800°C, the molecular weight distribution of the obtained polymer becomes narrow, so that the impact resistance improves but the durability decreases. Furthermore, if the activation is performed at a temperature exceeding 900°C, sintering occurs and the activity decreases. By the activation, at least a part of the chromium atoms of the chromium compound E supported on the inorganic oxide particles B2 is oxidized to hexavalent, and as described above, the chromium compound C2 is chemically fixed on the inorganic oxide particles B2.
クロム化合物Eの担持時又は賦活時に、ケイフッ化アンモニウム、一水素二フッ化アンモニウムのようなフッ素化合物、チタンテトライソプロポキシドのようなチタンアルコキシド類、ジルコニウムテトラブトキシドのようなジルコニウムアルコキシド類、アルミニウムトリブトキシドのようなアルミニウムアルコキシド類、トリアルキルアルミニウムに例示される有機アルミニウム類、ジアルキルマグネシウムに例示される有機マグネシウム類等に代表される金属アルコキシド類、又は有機金属化合物を添加して、エチレン重合活性や得られるエチレン系重合体の分子量と分子量分布を調節する公知の方法を、併用してもよい。
これらの金属アルコキシド類又は有機金属化合物では、非還元性雰囲気での賦活によって、有機基部分は燃焼し、チタニア、ジルコニア、アルミナ又はマグネシアのような金属酸化物に酸化されて、触媒中に含まれる。また、フッ素化合物は、賦活時、熱分解することによって、無機酸化物担体をフッ素化する。
これらの方法は、C.E.Marsden;Plastics,Rubber and Composites Processing and Aplications Vol.21 p.193(1994)、T.Pullukat etal.;J.Polym.Sci.,Polym.Chem.Ed.Vol.82 p.118(1980)、M.P.McDaniel etal.;J.Catal.Vol.82 p.118(1983)等の文献に概要又は詳細が記載されている。
During the supporting or activation of the chromium compound E, a known method for adjusting the ethylene polymerization activity or the molecular weight and molecular weight distribution of the obtained ethylene polymer by adding a fluorine compound such as ammonium silicofluoride or ammonium hydrogen difluoride, a titanium alkoxide such as titanium tetraisopropoxide, a zirconium alkoxide such as zirconium tetrabutoxide, an aluminum alkoxide such as aluminum tributoxide, an organoaluminum such as trialkylaluminum, an organomagnesium such as dialkylmagnesium, or a metal alkoxide, or an organometallic compound, may be used in combination.
In these metal alkoxides or organometallic compounds, the organic group portion is burned by activation in a non-reducing atmosphere, and is oxidized to a metal oxide such as titania, zirconia, alumina or magnesia, which is contained in the catalyst. In addition, the fluorine compound is thermally decomposed during activation to fluorinate the inorganic oxide support.
These methods are generally or in detail described in documents such as C. E. Marsden; Plastics, Rubber and Composites Processing and Applications Vol. 21 p. 193 (1994), T. Pullukat et al.; J. Polym. Sci., Polym. Chem. Ed. Vol. 82 p. 118 (1980), M. P. McDaniel et al.; J. Catal. Vol. 82 p. 118 (1983).
工程(IV)において、クロム化合物Eを担持した無機酸化物粒子B2に含まれるクロム原子のうち50%以上のクロム原子を6価に酸化することが好ましい。クロム化合物Eを担持した無機酸化物粒子B2に含まれるクロム原子のうち6価に酸化されるクロム原子は、60%以上がより好ましい。6価に酸化されるクロム原子の上限値は、100%である。6価に酸化されるクロム原子の割合は、賦活の温度及び時間により調節される。
クロム原子の総量は、通常一般の金属分析法、例えば、プラズマ発光分析、蛍光X線法により測定することができる。クロムの価数は、固体生成物の色変化(一般的には、6価は黄色からオレンジ色、3価は緑色、2価は青色)を肉眼観察することにより、概略を知ることができるが、定量を行うには、簡便な手法として、キレート滴定法や吸光光度法が知られている。具体的には、日本化学会編「実験化学講座15 分析」丸善(1991年)P.246~248に記載がある。例えば、3価のクロムの場合は、酸性溶液中の3価のクロムに対して、過剰の濃度既知のEDTA(エチレンジアミン四酢酸)を加え5~10分煮沸し、3価の鉄の標準液で滴定することにより、定量できる。また、6価のクロムの場合は、アルカリ性溶液ではCrO4
2-として存在することを利用し、366nmの波長の吸光度を測定することにより定量が可能である。
In step (IV), it is preferable that 50% or more of the chromium atoms contained in the inorganic oxide particles B2 carrying the chromium compound E are oxidized to hexavalent chromium. More preferably, 60% or more of the chromium atoms contained in the inorganic oxide particles B2 carrying the chromium compound E are oxidized to hexavalent chromium. The upper limit of the chromium atoms oxidized to hexavalent chromium is 100%. The proportion of chromium atoms oxidized to hexavalent chromium is adjusted by the activation temperature and time.
The total amount of chromium atoms can be measured by a general metal analysis method, such as plasma emission spectrometry or X-ray fluorescence spectrometry. The valence of chromium can be roughly known by visually observing the color change of the solid product (generally, hexavalent chromium is yellow to orange, trivalent chromium is green, and divalent chromium is blue), but for quantitative analysis, chelate titration and absorptiometry are known as simple methods. Specifically, it is described in "Experimental Chemistry Lecture 15 Analysis" edited by the Chemical Society of Japan, Maruzen (1991), pp. 246-248. For example, in the case of trivalent chromium, an excess of EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) of a known concentration is added to trivalent chromium in an acidic solution, boiled for 5-10 minutes, and titrated with a standard solution of trivalent iron to quantitatively determine the amount. In addition, in the case of hexavalent chromium, it is possible to quantitatively determine the amount by measuring the absorbance at a wavelength of 366 nm, taking advantage of the fact that it exists as CrO 4 2- in an alkaline solution.
4.3 クロム触媒A3の製造方法
エチレン系重合触媒の製造方法において、エチレン系重合触媒成分に無機酸化物粒子B1及び無機酸化物粒子B2(混合担体)を含む場合は、次のような製造方法とされる(この製造方法で製造されるエチレン系重合触媒は、クロム触媒A1とクロム触媒A2との混合物であり、これをクロム触媒A3とする)。
クロム触媒A3の製造方法は、無機酸化物粒子B1,B2にクロム化合物Dを担持する工程(V)、工程(V)で得られたクロム化合物Dを担持した無機酸化物粒子B1,B2を、非還元性雰囲気下、400℃~900℃で焼成活性化することにより少なくとも一部のクロム原子を6価とする工程(VI)、を含むことになる。
工程(V)は既述の工程(I)と同じであり、工程(VI)は既述の工程(II)と同じであるため、重複する記載は省略する。
4.3 Production method of chromium catalyst A3 In the production method of an ethylene-based polymerization catalyst, when the ethylene-based polymerization catalyst component contains inorganic oxide particles B1 and inorganic oxide particles B2 (mixed carrier), the production method is as follows (the ethylene-based polymerization catalyst produced by this production method is a mixture of chromium catalyst A1 and chromium catalyst A2, and this is referred to as chromium catalyst A3).
The method for producing the chromium catalyst A3 includes a step (V) of supporting a chromium compound D on inorganic oxide particles B1, B2, and a step (VI) of calcining and activating the inorganic oxide particles B1, B2 supporting the chromium compound D obtained in the step (V) at 400° C. to 900° C. in a non-reducing atmosphere to convert at least a portion of the chromium atoms to a hexavalent form.
Step (V) is the same as step (I) already described, and step (VI) is the same as step (II) already described, so duplicated descriptions will be omitted.
なお、クロム触媒A3は、無機酸化物粒子B1,B2を予め混合し、その後、造粒して無機酸化物粒子B3とし、これにクロム化合物Dを担持した後に、非還元性雰囲気下、400℃~900℃で焼成活性化することにより少なくとも一部のクロム原子を6価として製造してもよい。この場合には、製造されたクロム触媒A3では、無機酸化物粒子B1にクロム化合物C1が担持されるとともに、無機酸化物粒子B2にクロム化合物C1が担持されていることになり、結局、このクロム触媒A3は、クロム触媒A1の粒子と、クロム触媒A2の粒子の接触部分が結合した結合粒子からなる。
なお、クロム触媒A3は、無機酸化物粒子B1、及び無機酸化物粒子B2を造粒してなる無機酸化物粒子B3にクロム化合物C1が担持されてなる形態であってもよい。この場合には、製造されたクロム触媒A3では、無機酸化物粒子B1にクロム化合物C1が担持されるとともに、無機酸化物粒子B2にクロム化合物C1が担持されていることになり、結局、このクロム触媒A3は、クロム触媒A1の粒子と、クロム触媒A2の粒子が結合した結合粒子からなる。
このエチレン系重合触媒(クロム触媒A3)は、板状及びその凝集体を含む無機酸化物粒子B1、及び非晶質の無機酸化物粒子B2を造粒して無機酸化物粒子B3とし、無機酸化物粒子B3にクロム化合物C1を担持する製造方法によって製造できる。
造粒して無機酸化物粒子B3とする方法は、公知の造粒方法を用いることが出来、例えば、撹拌造粒法、噴霧造粒法、転動造粒法、流動造粒法が挙げられる。これらの中で、混合前の粒子の性質を維持させやすいという観点から、噴霧造粒法が好ましい。
噴霧造粒を行う場合、原料スラリーの分散媒として、水、メタノール、エタノール、クロロホルム、塩化メチレン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン等の有機溶媒を用いることが出来る。好ましくは水である。
また、造粒の際に有機物、無機溶媒、無機塩、等、公知のバインダーを用いても良い。
噴霧造粒の場合、原料スラリー中における無機酸化物粒子(B1およびB2の合計)の濃度は、0.1~70重量%、好ましくは1~50重量%である。また、噴霧造粒の熱風の入口温度は、分散媒により異なるが、水を例にとると80~260℃、好ましくは100~220℃で行う。板状の無機酸化物粒子B1、及び非晶質の無機酸化物粒子B2の混合比率は、重量比で、1:99~99:1であることが好ましく、5:95~95:5であることがより好ましく、10:90~90:10であることが更に好ましい。
クロム触媒A3の表面積は、特に限定されないが、通常、10m2/g以上1000m2/g以下であり、20m2/g以上950m2/g以下であることが好ましく、50m2/g以上900m2/g以下であることが更に好ましい。
クロム触媒A3の細孔容積は、特に限定されないが、通常、細孔容積が0.05以上5.0mL/g以下であり、0.1以上3.0mL/g以下であることが好ましく、0.1以上2.5mL/g以下であることが更に好ましい。
クロム触媒A3の粒子の平均粒子径は、特に限定されないが、取扱い上の観点から、平均粒子径は、0.1μm以上200μm以下であることが好ましく、0.2μm以上150μm以下であることがより好ましく、0.5μm以上100μm以下であることが更に好ましい。
The chromium catalyst A3 may be produced by mixing inorganic oxide particles B1 and B2 in advance, granulating the mixture to form inorganic oxide particles B3, supporting the chromium compound D on the inorganic oxide particles B3, and activating the mixture by calcination at 400° C. to 900° C. in a non-reducing atmosphere to convert at least some of the chromium atoms to hexavalent form. In this case, the chromium catalyst A3 produced has the chromium compound C1 supported on the inorganic oxide particles B1 and the chromium compound C1 supported on the inorganic oxide particles B2, and ultimately this chromium catalyst A3 is composed of combined particles in which the contact portions of the particles of the chromium catalyst A1 and the particles of the chromium catalyst A2 are bonded to each other.
The chromium catalyst A3 may be in a form in which the chromium compound C1 is supported on inorganic oxide particles B3 obtained by granulating inorganic oxide particles B1 and inorganic oxide particles B2. In this case, in the produced chromium catalyst A3, the chromium compound C1 is supported on the inorganic oxide particles B1 and the chromium compound C1 is supported on the inorganic oxide particles B2, and ultimately, this chromium catalyst A3 is composed of combined particles in which particles of the chromium catalyst A1 and particles of the chromium catalyst A2 are combined.
This ethylene-based polymerization catalyst (chromium catalyst A3) can be produced by a production method in which inorganic oxide particles B1 including plate-like particles and aggregates thereof, and amorphous inorganic oxide particles B2 are granulated to form inorganic oxide particles B3, and a chromium compound C1 is supported on the inorganic oxide particles B3.
The method for granulating to obtain the inorganic oxide particles B3 can be a known granulation method, for example, stirring granulation method, spray granulation method, rolling granulation method, and fluidized bed granulation method. Among these, spray granulation method is preferred from the viewpoint of easily maintaining the properties of the particles before mixing.
When spray granulation is performed, the dispersion medium for the raw material slurry may be an organic solvent such as water, methanol, ethanol, chloroform, methylene chloride, pentane, hexane, heptane, toluene, or xylene, with water being preferred.
During granulation, known binders such as organic substances, inorganic solvents, and inorganic salts may be used.
In the case of spray granulation, the concentration of inorganic oxide particles (total of B1 and B2) in the raw material slurry is 0.1 to 70% by weight, preferably 1 to 50% by weight. The inlet temperature of the hot air for spray granulation varies depending on the dispersion medium, but for example, water is 80 to 260° C., preferably 100 to 220° C. The mixing ratio of the plate-like inorganic oxide particles B1 and the amorphous inorganic oxide particles B2 is preferably 1:99 to 99:1, more preferably 5:95 to 95:5, and even more preferably 10:90 to 90:10, by weight.
The surface area of the chromium catalyst A3 is not particularly limited, but is usually from 10 m 2 /g to 1000 m 2 /g, preferably from 20 m 2 /g to 950 m 2 /g, and more preferably from 50 m 2 /g to 900 m 2 /g.
The pore volume of the chromium catalyst A3 is not particularly limited, but is usually from 0.05 to 5.0 mL/g, preferably from 0.1 to 3.0 mL/g, and more preferably from 0.1 to 2.5 mL/g.
The average particle size of the particles of the chromium catalyst A3 is not particularly limited. From the viewpoint of handling, however, the average particle size is preferably 0.1 μm or more and 200 μm or less, more preferably 0.2 μm or more and 150 μm or less, and even more preferably 0.5 μm or more and 100 μm or less.
5.エチレン系重合触媒の特徴
(1)エチレン系重合触媒
本発明において、エチレン系重合体を製造するにあたり、エチレン系重合触媒としてクロム触媒A1を単独で用いてもよく、クロム触媒A3(クロム触媒A1,A2)を用いてもよい。クロム触媒A1及びクロム触媒A2を混合して用いる場合には、下記(a)~(d)のいずれの方法も用いることができる。
(a)2種類の触媒を混合してから賦活炉で賦活を行い、抜き出した混合触媒を、予め溶媒の存在下または不存在下、あるいは有機金属化合物の存在下または不存在下で、重合反応器に導入する方法。
(b)2種類の触媒をそれぞれ個別に賦活炉で賦活を行い、抜き出したそれぞれの触媒を、予め溶媒の存在下または不存在下、あるいは有機金属化合物の存在下または不存在下で混合してから、重合反応器に導入する方法。
(c)2種類の触媒をそれぞれ個別に賦活炉で賦活を行い、抜き出したそれぞれの触媒を、予め溶媒の存在下または不存在下、あるいは有機金属化合物の存在下または不存在下で、別々に重合反応器に導入し、さらに一つの重合反応器中で混合する方法。
(d)無機酸化物粒子B1と無機酸化物粒子B2を予め混合し、その後、造粒して無機酸化物粒子B3(混合担体)とし、クロム化合物(クロム化合物D又はクロム化合物E)を担持して、賦活炉で賦活を行い、抜き出した混合触媒を、予め溶媒の存在下または不存在下、あるいは有機金属化合物の存在下または不存在下で、重合反応器に導入する方法。
5. Characteristics of the Ethylene-Based Polymerization Catalyst (1) Ethylene-Based Polymerization Catalyst In the present invention, in producing an ethylene-based polymer, the chromium catalyst A1 may be used alone as the ethylene-based polymerization catalyst, or the chromium catalyst A3 (chromium catalysts A1 and A2) may be used. When the chromium catalyst A1 and the chromium catalyst A2 are used in combination, any of the following methods (a) to (d) may be used.
(a) A method in which two types of catalysts are mixed and then activated in an activation furnace, and the mixed catalyst thus extracted is introduced into a polymerization reactor in the presence or absence of a solvent or in the presence or absence of an organometallic compound.
(b) A method in which two types of catalysts are activated separately in an activation furnace, and the extracted catalysts are mixed in advance in the presence or absence of a solvent or in the presence or absence of an organometallic compound, and then introduced into a polymerization reactor.
(c) A method in which two types of catalysts are activated separately in an activation furnace, and each of the extracted catalysts is introduced separately into a polymerization reactor in advance in the presence or absence of a solvent or in the presence or absence of an organometallic compound, and then mixed in one polymerization reactor.
(d) A method in which inorganic oxide particles B1 and inorganic oxide particles B2 are mixed in advance, then granulated to form inorganic oxide particles B3 (mixed support), a chromium compound (chromium compound D or chromium compound E) is supported on the mixture, and activation is performed in an activation furnace, and the extracted mixed catalyst is introduced into a polymerization reactor in the presence or absence of a solvent or in the presence or absence of an organometallic compound.
(2)クロム触媒A3(クロム触媒A1,A2)を含有するエチレン系重合触媒におけるクロム触媒A1,A2の混合比率
エチレン系重合触媒が、クロム触媒A3含有する、すなわち、クロム触媒A1及びクロム触媒A2を含有する場合に、クロム触媒A1とクロム触媒A2の混合比率は、特に限定されない。クロム触媒A1とクロム触媒A2の混合比率は、重量比で、1:99~99:1であることが好ましく、5:95~95:5であることがより好ましく、10:90~90:10であることが更に好ましい。
(2) Mixing ratio of chromium catalysts A1 and A2 in an ethylene-based polymerization catalyst containing chromium catalyst A3 (chromium catalysts A1 and A2) When an ethylene-based polymerization catalyst contains chromium catalyst A3, i.e., chromium catalyst A1 and chromium catalyst A2, the mixing ratio of chromium catalyst A1 to chromium catalyst A2 is not particularly limited. The mixing ratio of chromium catalyst A1 to chromium catalyst A2 is preferably 1:99 to 99:1, more preferably 5:95 to 95:5, and even more preferably 10:90 to 90:10 by weight.
(3)エチレン系重合触媒におけるクロム原子の含有量
エチレン系重合触媒におけるクロム原子の含有量は、特に限定されない。担持されるクロム原子がクロム原子同士で凝集を起こさず、効率的に活性化される観点から、クロム原子の含有量が、0.01重量%~2.0重量%であることが好ましく、0.1重量%~2.0重量%であることがより好ましく、0.2重量%~1.5重量%であることが更に好ましい。
(3) Content of chromium atoms in ethylene-based polymerization catalyst The content of chromium atoms in the ethylene-based polymerization catalyst is not particularly limited. From the viewpoint of preventing aggregation of the supported chromium atoms with each other and efficient activation, the content of chromium atoms is preferably 0.01% by weight to 2.0% by weight, more preferably 0.1% by weight to 2.0% by weight, and further preferably 0.2% by weight to 1.5% by weight.
(4)エチレン系重合触媒におけるクロム触媒A1,A2以外の他の成分
エチレン系重合触媒は、本発明の作用効果を阻害しない限り、クロム触媒A1,A2以外の他の成分を含有していてもよい。
他の成分は、特に限定されない。他の成分の含有率(重量%)は、5重量%以下が好ましい。
(4) Components other than chromium catalysts A1 and A2 in the ethylene-based polymerization catalyst The ethylene-based polymerization catalyst may contain components other than chromium catalysts A1 and A2, so long as they do not impair the effects of the present invention.
The other components are not particularly limited, and the content (wt%) of the other components is preferably 5 wt% or less.
6.エチレン系重合体の製造方法
本発明のエチレン系重合体の製造方法は、上述のエチレン系重合触媒を用いて、エチレンを少なくとも含むモノマーを重合する。
6. Method for Producing Ethylene-Based Polymer In the method for producing an ethylene-based polymer of the present invention, a monomer containing at least ethylene is polymerized using the above-mentioned ethylene-based polymerization catalyst.
(1)重合方法
本発明のエチレン系重合体の製造方法は、スラリー重合や溶液重合等の液相重合法又は気相重合法等で実施できる。
液相重合法は、通常には炭化水素溶媒中で実施される。炭化水素溶媒としては、プロパン、n-ブタン、イソブタン、n-ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の不活性炭化水素の単体又は混合物が用いられる。
また、気相重合法では、不活性ガス共存下にて、流動床や撹拌床などの通常知られている重合法を採用できる。気相重合法では、場合により重合熱除去の媒体を共存させる、いわゆるコンデンシングモードを採用できる。
重合方法としては、反応器を一つ用いてエチレン系重合体を製造する単段重合だけでなく、少なくとも二つの反応器を連結させて多段重合を行うこともできる。多段重合の場合、二つの反応器を連結させ、第一段の反応器で重合して得られた反応混合物を、続いて第二段の反応器に連続して供給する二段重合が好ましい。第一段の反応器から第二段の反応器への移送は、連結管を通して行う。この移送は、第二段反応器からの重合反応混合物の連続的排出による差圧を利用して行うことが好ましい。
(1) Polymerization Method The process for producing an ethylene polymer of the present invention can be carried out by a liquid phase polymerization method such as slurry polymerization or solution polymerization, or a gas phase polymerization method.
The liquid phase polymerization method is usually carried out in a hydrocarbon solvent, such as propane, n-butane, isobutane, n-pentane, isopentane, hexane, heptane, octane, decane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, or a mixture of such inert hydrocarbons.
In the gas phase polymerization method, a commonly known polymerization method such as a fluidized bed or a stirred bed can be used in the presence of an inert gas. In the gas phase polymerization method, a so-called condensing mode can be used in which a medium for removing polymerization heat is optionally used.
As a polymerization method, not only single-stage polymerization in which an ethylene polymer is produced using one reactor, but also multi-stage polymerization can be carried out by connecting at least two reactors. In the case of multi-stage polymerization, two reactors are connected, and a reaction mixture obtained by polymerization in a first-stage reactor is then continuously fed to a second-stage reactor, which is preferred. The transfer from the first-stage reactor to the second-stage reactor is carried out through a connecting pipe. This transfer is preferably carried out by utilizing a pressure difference caused by continuous discharge of the polymerization reaction mixture from the second-stage reactor.
(2)重合条件
液相又は気相重合法における重合温度は、一般的には0℃~300℃であり、実用的には20℃~200℃、好ましくは50℃~180℃、さらに好ましくは70℃~150℃である。
反応器中の触媒濃度及びエチレン濃度は、重合を進行させるのに充分な濃度であれば任意の濃度でよい。例えば、触媒濃度は、液相重合の場合には反応器内容物の重量を基準にして、約0.0001重量%~約5重量%の範囲とすることができる。同様にエチレン濃度は、気相重合の場合、全圧として0.1MPa~10MPaの範囲とすることができる。
また、必要に応じて水素を重合反応器に導入して、分子量を調節することもできる。
(2) Polymerization Conditions The polymerization temperature in the liquid phase or gas phase polymerization method is generally 0°C to 300°C, practically 20°C to 200°C, preferably 50°C to 180°C, and more preferably 70°C to 150°C.
The catalyst concentration and ethylene concentration in the reactor can be any concentration sufficient to drive the polymerization. For example, the catalyst concentration can range from about 0.0001% by weight to about 5% by weight, based on the weight of the reactor contents, for liquid phase polymerization. Similarly, the ethylene concentration can range from 0.1 MPa to 10 MPa total pressure for gas phase polymerization.
If necessary, hydrogen can be introduced into the polymerization reactor to adjust the molecular weight.
(3)共重合
本発明のエチレン系重合体の製造方法において、エチレン単独重合以外に、必要に応じて、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ペンテン、1-オクテン等のα-オレフィンを単独又は2種類以上重合反応器に導入して、共重合させることもできる。
得られるエチレン系共重合体中のα-オレフィン含量は、15mol%以下、好ましくは10mol%以下が望ましい。
(3) Copolymerization In the process for producing an ethylene-based polymer of the present invention, in addition to ethylene homopolymerization, α-olefins such as propylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 4-methyl-1-pentene, 1-octene, etc. may be introduced into a polymerization reactor alone or in combination to be copolymerized, if necessary.
The α-olefin content in the resulting ethylene copolymer is desirably 15 mol % or less, preferably 10 mol % or less.
(4)有機金属化合物
重合に際しては、エチレン系重合体の分子量又は分子量分布を微調整する目的、又はスカベンジャーとして重合系内の不純物を除去する目的で、助触媒として有機金属化合物を導入して、エチレン系重合触媒と接触させることもできる。
特に、有機金属化合物は、エチレン系重合触媒に対しては、触媒活性を向上させる効果、分子量調節剤としての水素をより効きやすくするという効果を有する。
有機金属化合物としては、周期律表第1族、2族、13族の有機金属化合物、具体的には有機リチウム化合物、有機マグネシウム化合物、有機アルミニウム化合物、有機ホウ素化合物が好ましく用いられる。更には、有機アルミニウム化合物、有機ホウ素化合物が好ましい。
(4) Organometallic Compound During the polymerization, an organometallic compound may be introduced as a co-catalyst and brought into contact with the ethylene-based polymerization catalyst for the purpose of finely adjusting the molecular weight or molecular weight distribution of the ethylene-based polymer or for the purpose of removing impurities in the polymerization system as a scavenger.
In particular, organometallic compounds have the effect of improving the catalytic activity of ethylene-based polymerization catalysts and the effect of making hydrogen more effective as a molecular weight regulator.
As the organometallic compound, organometallic compounds of Groups 1, 2, and 13 of the periodic table, specifically organolithium compounds, organomagnesium compounds, organoaluminum compounds, and organoboron compounds are preferably used, with organoaluminum compounds and organoboron compounds being more preferred.
有機リチウム化合物としては、アルキルリチウム、具体的には、メチルリチウム、n-ブチルリチウム等が挙げられる。
有機マグネシウム化合物としては、ジアルキルマグネシウム、具体的には、ブチルエチルマグネシウム、ジブチルマグネシウムが挙げられる。
有機アルミニウム化合物としては、トリアルキルアルミニウム、ジアルキルアルミニウムアルコキシド、具体的には、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、ジエチルアルミニウムエトキシドが挙げられる。
有機ホウ素化合物としては、トリアルキルボラン、具体的には、トリエチルボランが挙げられる。
接触させる有機金属化合物の量としては、金属原子とクロム原子のモル比が0.2~1000、好ましくは0.5~100となる量が好ましい。
The organolithium compound includes alkyllithium, specifically, methyllithium, n-butyllithium, and the like.
The organic magnesium compound includes dialkyl magnesium, specifically, butylethyl magnesium, and dibutyl magnesium.
The organoaluminum compound includes trialkylaluminum and dialkylaluminum alkoxides, specifically, trimethylaluminum, triethylaluminum, triisobutylaluminum, and diethylaluminum ethoxide.
The organoboron compound includes trialkylboranes, specifically triethylborane.
The amount of the organometallic compound to be contacted is such that the molar ratio of metal atoms to chromium atoms is 0.2 to 1,000, preferably 0.5 to 100.
得られたエチレン系重合体は、次いで、混練することが好ましい。混練は、単軸又は二軸の押出機又は連続式混練機を用いて行うことができる。次いで、得られたエチレン系重合体は、常法によりブロー成形等の成形をすることができる。 The resulting ethylene-based polymer is then preferably kneaded. Kneading can be carried out using a single-screw or twin-screw extruder or a continuous kneader. The resulting ethylene-based polymer can then be molded, such as by blow molding, by a conventional method.
7.本実施形態の作用効果
本実施形態のエチレン系重合触媒成分、エチレン系重合体触媒の製造方法、エチレン系重合体の製造方法によれば、耐久性と流動性のバランスに優れるHDPE材料(高密度ポリエチレン材料)の設計が可能になる。
7. Effects of the Present Embodiment According to the ethylene-based polymerization catalyst component, the method for producing an ethylene-based polymer catalyst, and the method for producing an ethylene-based polymer of the present embodiment, it becomes possible to design an HDPE material (high density polyethylene material) having an excellent balance between durability and fluidity.
以下において、実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、これらの実施例によって制約を受けるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples as long as they do not deviate from the gist of the invention.
1.物性の測定方法
実施例及び比較例において使用した物性の測定方法等は、以下の通りである。
(1)無機酸化物粒子B1の赤外線スペクトルのピーク強度の測定(赤外分光法)
無機酸化物を高純度アルゴンで置換されたグローブボックス内で、拡散反射IR用のサンプルホルダーに充填し、サンプル表面を平滑にした。その後、窓のついた蓋で試料を密封し、IR測定装置に設置して測定した。
測定条件は以下の通りである。
装置:日本分光株式会社製 FT/IR-6600
検出器:TGS
測光方法:拡散反射法
波長範囲:1000~4000cm-1
分解能:4cm-1
測定回数:512回
雰囲気:アルゴン
(2)粉末X線回折(XRD):粉末X線回折は、以下の装置および条件で測定した。
装置:リガク社製X-ray Diffractometer Smartlab
X線源:Cu-Kα線(Kβ吸収板使用)、管電圧40kV、管電流30mA
光学系:集中法
発散スリット2/3度、散乱スリット2/3度、受光スリット0.300mm
スキャンモード:2θ/θスキャン
2θスキャン範囲:3.0000~55.0000度
角度ステップ幅:0.0200度
スキャン速度:4.0000度/分
検出器:シンチレーションカウンタ
(3)表面積および細孔容積
シリカの各試料は加熱、減圧下で十分な乾燥を行った後、カンタークローム社製・オートソーブ3B型を用いて、液体温度下における窒素の吸着等温線測定を行った。得られた吸着等温線の相対圧0.95での吸着量から細孔容積を、BET多点法解析を実施して比表面積を算出した。更に、細孔構造を円筒と仮定することで、式(1)に従い平均細孔径を算出した。この式でDaveは平均細孔径を、Vtotalは細孔容積を、SBETはBET多点法による比表面積を示す。
Dave=4Vtotal/SBET 式(1)
更にBJH法解析によりメソ孔分布を求め、指定範囲の細孔容積を算出した。
(4)SEM観察:SEM観察は、以下の装置および条件で実施した。
装置:日立製FE-SEM
加圧電圧:1kV
装置倍率:20k
WD:4mm
(5)HLMI:ASTM-D-1238-57Tに準拠し、190℃、21.6kg荷重で測定した。
(6)6価のクロムの含有量:NaOH水溶液(0.1M)を触媒成分に添加し、6価のクロムを溶解させ、溶液の一部をとり波長366nmの吸光度を測定することにより定量した。
(7)平均粒径:堀場製作所社製レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置LA-920を用い、分散溶媒をエタノール、屈折率1.0、形状係数1.0の条件で測定し、メジアン径の値を平均粒径とした。
1. Methods for Measuring Physical Properties The methods for measuring physical properties used in the examples and comparative examples are as follows.
(1) Measurement of peak intensity in infrared spectrum of inorganic oxide particles B1 (infrared spectroscopy)
The inorganic oxide was filled into a sample holder for diffuse reflection IR in a glove box purged with high-purity argon, and the sample surface was smoothed.Then, the sample was sealed with a lid with a window and placed in an IR measurement device for measurement.
The measurement conditions are as follows.
Apparatus: FT/IR-6600 manufactured by JASCO Corporation
Detector: TGS
Photometry method: Diffuse reflection method Wavelength range: 1000 to 4000 cm -1
Resolution: 4 cm
Number of measurements: 512 Atmosphere: Argon (2) Powder X-ray Diffraction (XRD): Powder X-ray diffraction was measured using the following apparatus and conditions.
Equipment: Rigaku X-ray Diffractometer Smartlab
X-ray source: Cu-Kα rays (using Kβ absorption plate), tube voltage 40kV, tube current 30mA
Optical system: focusing method, divergence slit 2/3 degrees, scattering slit 2/3 degrees, receiving slit 0.300 mm
Scan mode: 2θ/θ scan 2θ scan range: 3.0000-55.0000 degrees Angle step width: 0.0200 degrees Scan speed: 4.0000 degrees/min Detector: scintillation counter (3) Surface area and pore volume After each silica sample was heated and thoroughly dried under reduced pressure, a nitrogen adsorption isotherm was measured at liquid temperature using a Quantachrome Autosorb 3B. The pore volume was calculated from the amount of adsorption at a relative pressure of 0.95 of the obtained adsorption isotherm, and the specific surface area was calculated by performing a BET multipoint analysis. Furthermore, the average pore diameter was calculated according to formula (1) by assuming the pore structure to be cylindrical. In this formula, D ave indicates the average pore diameter, V total indicates the pore volume, and S BET indicates the specific surface area by the BET multipoint method.
D ave =4V total /S BET formula (1)
Furthermore, the mesopore distribution was determined by BJH analysis, and the pore volume in a specified range was calculated.
(4) SEM Observation: SEM observation was carried out using the following equipment and conditions.
Equipment: Hitachi FE-SEM
Pressurizing voltage: 1 kV
Equipment magnification: 20k
WD: 4mm
(5) HLMI: Measured in accordance with ASTM-D-1238-57T at 190° C. and a load of 21.6 kg.
(6) Hexavalent chromium content: An aqueous NaOH solution (0.1 M) was added to the catalyst component to dissolve hexavalent chromium, and a portion of the solution was sampled and the absorbance at a wavelength of 366 nm was measured to determine the content.
(7) Average particle size: Measurement was performed using a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device LA-920 manufactured by Horiba, Ltd. under the conditions of a dispersion solvent of ethanol, a refractive index of 1.0, and a shape factor of 1.0, and the median diameter was taken as the average particle size.
2.実施例及び比較例
(1)実施例1
(1.1)無機酸化物粒子B1の赤外線スペクトル
無機酸化物粒子B1である「サンラブリー」(AGCエスアイテック社製)の赤外線スペクトルを図1において実線で示す。表1に示すように、この赤外線スペクトルにおいて、範囲Xの最大ピークは3661cm-1であり、ピーク強度Pxは1.32であった。また、範囲Yの最大ピークは3746cm-1であり、ピーク強度Pyは0.88であった。ピーク強度比Py/Pxは0.67であった。
(1.2)無機酸化物粒子B1の構造解析データ
無機酸化物粒子B1の構造解析データは、以下の通りである。
<無機酸化物粒子B1の構造解析データ>
XRD:2θ=25.8°にピーク、半値幅1.5°
BET法:表面積84m2/g
細孔容積:0.2mL/g
SiO2純度:99.5%(重量基準)
(1.3)クロム触媒A1の調製
無機酸化物粒子B1を、酢酸クロム水溶液に含浸した後、水分を留去することによりクロム含量0.5重量%のクロム含有シリカを得た。その後、クロム含有シリカを、乾燥空気雰囲気下、600℃、20時間の条件で賦活して、クロム触媒A1(Phillipsタイプ触媒)を得た。賦活により、クロム含有シリカは薄い青色から薄いオレンジ色へ色が変化した。このことからクロム原子が6価に変換したことが判る。3価クロムは、実質的に99重量%が6価に変換されていた。
2. Examples and Comparative Examples (1) Example 1
(1.1) Infrared spectrum of inorganic oxide particles B1 The infrared spectrum of "Sun Lovely" (manufactured by AGC Si-Tech Co., Ltd.), which is inorganic oxide particles B1, is shown by a solid line in Figure 1. As shown in Table 1, in this infrared spectrum, the maximum peak in range X was 3661 cm -1 , and the peak intensity Px was 1.32. Furthermore, the maximum peak in range Y was 3746 cm -1 , and the peak intensity Py was 0.88. The peak intensity ratio Py/Px was 0.67.
(1.2) Structural Analysis Data of Inorganic Oxide Particles B1 Structural analysis data of inorganic oxide particles B1 are as follows.
<Structural Analysis Data of Inorganic Oxide Particles B1>
XRD: Peak at 2θ=25.8°, half width 1.5°
BET method: Surface area 84m 2 /g
Pore volume: 0.2 mL / g
SiO2 purity: 99.5% (weight basis)
(1.3) Preparation of chromium catalyst A1 Inorganic oxide particles B1 were impregnated with an aqueous solution of chromium acetate, and then water was removed to obtain chromium-containing silica with a chromium content of 0.5% by weight. The chromium-containing silica was then activated under dry air atmosphere at 600°C for 20 hours to obtain chromium catalyst A1 (Phillips type catalyst). Upon activation, the chromium-containing silica changed color from light blue to light orange. This indicates that the chromium atoms were converted to hexavalent chromium. Substantially 99% by weight of trivalent chromium was converted to hexavalent chromium.
(1.4)クロム触媒A1の物性
クロム触媒A1のXRDのピーク位置は、200℃で乾燥した無機酸化物粒子B1(原料)と、酢酸クロムを担持し600℃賦活したクロム触媒A1とでは、ほとんど変化しなかった。これは、無機酸化物粒子B1の熱安定性が良好であることを意味している。クロム触媒A1のSEM画像を図3に示す。
(1.4) Physical properties of chromium catalyst A1 The peak position of the XRD of chromium catalyst A1 hardly changed between inorganic oxide particles B1 (raw material) dried at 200°C and chromium catalyst A1 supported with chromium acetate and activated at 600°C. This means that inorganic oxide particles B1 have good thermal stability. An SEM image of chromium catalyst A1 is shown in Figure 3.
(1.5)エチレン重合
充分に窒素置換した1.5Lの重合槽に、クロム触媒A1を185mg、イソブタン700mLを導入し、内温を100℃まで昇温した。
次いでエチレンを圧入し、エチレン分圧を1.4MPaとなるように保ちながら、重合温度100℃で、120分間重合を行った。次いで内容ガスを系外に放出することにより、重合を停止した。その結果、エチレン系重合体を21g得た。得られたエチレン系重合体のHLMIは、ポリマーが流れなかった。従って0.01g/10分未満と判断される。密度は0.9520g/cm3であった。
(1.5) Ethylene Polymerization Into a 1.5 L polymerization vessel thoroughly purged with nitrogen, 185 mg of chromium catalyst A1 and 700 mL of isobutane were placed, and the internal temperature was raised to 100°C.
Then, ethylene was injected, and polymerization was carried out for 120 minutes at a polymerization temperature of 100° C. while maintaining the ethylene partial pressure at 1.4 MPa. Then, the polymerization was terminated by discharging the content gas to the outside of the system. As a result, 21 g of an ethylene-based polymer was obtained. The HLMI of the obtained ethylene-based polymer was that the polymer did not flow. Therefore, it was judged to be less than 0.01 g/10 min. The density was 0.9520 g/cm 3 .
(2)実施例2
(2.1.1)クロム触媒A1の調製
実施例1と同様に調製した。
(2.1.2)クロム触媒A2の調製
無機酸化物粒子B2(非晶質シリカ凝集体)を、酢酸クロム水溶液に含浸した後、水分を留去することによりクロム含量1.0重量%のクロム含有シリカを得た。その後、クロム含有シリカを、乾燥空気雰囲気下、820℃、18時間の条件で賦活して、クロム触媒A2(Phillipsタイプ触媒)を得た。賦活により、クロム含有シリカは薄い青色から薄いオレンジ色へ色が変化した。このことからクロム原子が6価に変換したことが判る。3価クロムは、実質的に99重量%が6価に変換されていた。
なお、無機酸化物粒子B2の赤外線スペクトルについては、後述の「(3.1)無機酸化物粒子B2の赤外線スペクトル」の欄で記載した通りである。また、無機酸化物粒子B2の構造解析データについては、後述の「(3.2)無機酸化物粒子B2の構造解析データ」の欄で記載した通りである。
(2) Example 2
(2.1.1) Preparation of chromium catalyst A1 Prepared in the same manner as in Example 1.
(2.1.2) Preparation of chromium catalyst A2 Inorganic oxide particles B2 (amorphous silica aggregates) were impregnated with an aqueous solution of chromium acetate, and then water was distilled off to obtain chromium-containing silica with a chromium content of 1.0% by weight. The chromium-containing silica was then activated under dry air atmosphere at 820°C for 18 hours to obtain chromium catalyst A2 (Phillips type catalyst). Upon activation, the chromium-containing silica changed color from light blue to light orange. This indicates that the chromium atoms were converted to hexavalent chromium. Substantially 99% by weight of trivalent chromium was converted to hexavalent chromium.
The infrared spectrum of inorganic oxide particles B2 is as described later in the section "(3.1) Infrared spectrum of inorganic oxide particles B2". The structural analysis data of inorganic oxide particles B2 is as described later in the section "(3.2) Structural analysis data of inorganic oxide particles B2".
(2.2)エチレン重合
充分に窒素置換した1.5Lの重合槽に、クロム触媒A1を152mg、クロム触媒A2を39mg、イソブタン700mLを導入し、内温を100℃まで昇温した。
次いでエチレンを圧入し、エチレン分圧を1.4MPaとなるように保ちながら、重合温度100℃で、120分間重合を行った。次いで内容ガスを系外に放出することにより、重合を停止した。その結果、エチレン系重合体を200g得た。得られたエチレン系重合体のHLMIは、5.1g/10分、密度は0.9577g/cm3であった。
(2.2) Ethylene Polymerization Into a 1.5 L polymerization vessel thoroughly purged with nitrogen, 152 mg of chromium catalyst A1, 39 mg of chromium catalyst A2 and 700 mL of isobutane were placed, and the internal temperature was raised to 100°C.
Then, ethylene was injected, and polymerization was carried out for 120 minutes at a polymerization temperature of 100° C. while maintaining the ethylene partial pressure at 1.4 MPa. Then, the content gas was discharged to the outside of the system to terminate the polymerization. As a result, 200 g of an ethylene-based polymer was obtained. The HLMI of the obtained ethylene-based polymer was 5.1 g/10 min, and the density was 0.9577 g/cm 3 .
(3)比較例1
(3.1)無機酸化物粒子B2の赤外線スペクトル
無機酸化物粒子B2の赤外線スペクトルを図1において破線で示す。表1に示すように、この赤外線スペクトルにおいて、範囲Xの最大ピークは3697cm-1であり、ピーク強度Pxは0.42であった。また、範囲Yの最大ピークは3747cm-1であり、ピーク強度Pyは5.82であった。ピーク強度比Py/Pxは13.86であった。
(3.2)無機酸化物粒子B2の構造解析データ
なお、無機酸化物粒子B2の構造解析データは、以下の通りである。
<無機酸化物粒子2の構造解析データ>
XRD:2θ=22°付近に非晶質特有のブロードなピーク
BET法:表面積310m2/g
細孔容積:1.7mL/g
SiO2純度:99.8%(重量基準)
(3.3)クロム触媒A2の調製
実施例2と同様に調製した。
(3) Comparative Example 1
(3.1) Infrared spectrum of inorganic oxide particles B2 The infrared spectrum of inorganic oxide particles B2 is shown by a dashed line in Figure 1. As shown in Table 1, in this infrared spectrum, the maximum peak in range X was 3697 cm -1 , and the peak intensity Px was 0.42. The maximum peak in range Y was 3747 cm -1 , and the peak intensity Py was 5.82. The peak intensity ratio Py/Px was 13.86.
(3.2) Structural Analysis Data of Inorganic Oxide Particles B2 The structural analysis data of inorganic oxide particles B2 is as follows.
<Structural Analysis Data of Inorganic Oxide Particle 2>
XRD: A broad peak characteristic of amorphous material at around 2θ=22° BET method: Surface area: 310 m 2 /g
Pore volume: 1.7 mL / g
SiO2 purity: 99.8% (weight basis)
(3.3) Preparation of chromium catalyst A2 It was prepared in the same manner as in Example 2.
(3.4)エチレン重合
充分に窒素置換した1.5Lの重合槽に、クロム触媒A2を29mg、イソブタン700mLを導入し、内温を100℃まで昇温した。
次いでエチレンを圧入し、エチレン分圧を1.4MPaとなるように保ちながら、重合温度100℃で、120分間重合を行った。次いで内容ガスを系外に放出することにより、重合を停止した。その結果、エチレン系重合体を149g得た。得られたエチレン系重合体のHLMIは、9.8g/10分、密度は0.9582g/cm3であった。
(3.4) Ethylene Polymerization Into a 1.5 L polymerization vessel thoroughly purged with nitrogen, 29 mg of chromium catalyst A2 and 700 mL of isobutane were placed, and the internal temperature was raised to 100°C.
Then, ethylene was injected, and polymerization was carried out for 120 minutes at a polymerization temperature of 100° C. while maintaining the ethylene partial pressure at 1.4 MPa. Then, the content gas was discharged to the outside of the system to terminate the polymerization. As a result, 149 g of an ethylene-based polymer was obtained. The HLMI of the obtained ethylene-based polymer was 9.8 g/10 min, and the density was 0.9582 g/cm 3 .
(4)実施例3
(4.1)クロム触媒A3の調製
無機酸化物粒子B2-2(非晶質シリカ凝集体、40g、平均粒径12μm)と実施例1で用いた無機酸化物粒子B1(120g、平均粒径4.3μm)を蒸留水340mL中でスラリー化した。このスラリーを、噴霧乾燥造粒装置(大川原化工機社「L-8」)を使用し、次の条件下で上記の無機酸化物粒子/水スラリーの噴霧乾燥造粒を行った。
アトマイザー形式:M type ロータリーディスク
アトマイザー回転数:10,000rpm
スラリー供給速度:1.0L/h
入口温度:150℃
造粒の結果、平均粒径37.5μmの無機酸化物粒子B3を本体下から回収した。
得られた無機酸化物粒子B3を、酢酸クロム水溶液に含浸した後、水分を留去することによりクロム含量0.5重量%のクロム含有シリカを得た。その後、クロム含有シリカを、乾燥空気雰囲気下、730℃、12時間の条件で賦活して、クロム触媒A3(Phillipsタイプ触媒)を得た。賦活により、クロム含有シリカは薄い青色から薄いオレンジ色へ色が変化した。このことからクロム原子が6価に変換したことが判る。3価クロムは、実質的に99重量%が6価に変換されていた。
<無機酸化物粒子B2-2の構造解析データ>
XRD:2θ=22°付近に非晶質特有のブロードなピーク
BET法:表面積320m2/g
細孔容積:1.6mL/g
SiO2純度:99.8%(重量基準)
平均粒径:12μm
(4.2)エチレン重合
充分に窒素置換した2.0Lの重合槽に、実施例3(4.1)で得られたクロム触媒A3を130mg、イソブタン800mLを導入し、内温を100℃まで昇温した。
次いでエチレンを圧入し、エチレン分圧を1.4MPaとなるように保ちながら、重合温度100℃で、200分間重合を行った。次いで内容ガスを系外に放出することにより、重合を停止した。その結果、エチレン系重合体を340g得た。得られたエチレン系重合体のHLMIは、1.0g/10分、密度は0.9522g/cm3であった。
(5)比較例2
(5.1)クロム触媒A4の調製
実施例3の無機酸化物粒子B2-2(非晶質シリカ凝集体、100g、平均粒径12μm)を蒸留水400mL中でスラリー化した。このスラリーを、噴霧乾燥造粒装置(大川原化工機社「L-8」)を使用し、実施例3(4.1)と同様に行い、平均粒径98.2μmの無機酸化物粒子B2-2の造粒体を得た。
得られた無機酸化物粒子B2-2造粒体を、酢酸クロム水溶液に含浸した後、水分を留去することによりクロム含量0.5重量%のクロム含有シリカを得た。その後、クロム含有シリカを、乾燥空気雰囲気下、730℃、12時間の条件で賦活して、クロム触媒A4(Phillipsタイプ触媒)を得た。賦活により、クロム含有シリカは薄い青色から薄いオレンジ色へ色が変化した。このことからクロム原子が6価に変換したことが判る。3価クロムは、実質的に99重量%が6価に変換されていた。
(5.2)エチレン重合
充分に窒素置換した2.0Lの重合槽に、比較例2(5.1)で得られたクロム触媒A4を60mg、イソブタン800mLを導入し、内温を100℃まで昇温した。
次いでエチレンを圧入し、エチレン分圧を1.4MPaとなるように保ちながら、重合温度100℃で、60分間重合を行った。次いで内容ガスを系外に放出することにより、重合を停止した。その結果、エチレン系重合体を170g得た。得られたエチレン系重合体のHLMIは、2.5g/10分、密度は0.9562g/cm3であった。
(4) Example 3
(4.1) Preparation of chromium catalyst A3 Inorganic oxide particles B2-2 (amorphous silica aggregates, 40 g, average particle size 12 μm) and inorganic oxide particles B1 (120 g, average particle size 4.3 μm) used in Example 1 were slurried in 340 mL of distilled water. This slurry was spray-dried and granulated using a spray-drying granulation device (Okawahara Kakoki Co., Ltd. "L-8") under the following conditions:
Atomizer type: M type rotary disc Atomizer rotation speed: 10,000 rpm
Slurry supply rate: 1.0 L / h
Inlet temperature: 150°C
As a result of the granulation, inorganic oxide particles B3 having an average particle size of 37.5 μm were collected from the bottom of the main body.
The inorganic oxide particles B3 obtained were impregnated with an aqueous solution of chromium acetate, and then the water was removed to obtain chromium-containing silica with a chromium content of 0.5% by weight. The chromium-containing silica was then activated under dry air atmosphere at 730°C for 12 hours to obtain chromium catalyst A3 (Phillips type catalyst). The activation caused the chromium-containing silica to change color from light blue to light orange. This indicates that the chromium atoms were converted to hexavalent chromium. Substantially 99% by weight of trivalent chromium was converted to hexavalent chromium.
<Structural Analysis Data of Inorganic Oxide Particle B2-2>
XRD: A broad peak characteristic of amorphous material at around 2θ=22° BET method: Surface area: 320 m 2 /g
Pore volume: 1.6 mL / g
SiO2 purity: 99.8% (weight basis)
Average particle size: 12 μm
(4.2) Ethylene Polymerization Into a 2.0 L polymerization vessel thoroughly purged with nitrogen, 130 mg of the chromium catalyst A3 obtained in Example 3 (4.1) and 800 mL of isobutane were placed, and the internal temperature was raised to 100°C.
Then, ethylene was injected, and polymerization was carried out for 200 minutes at a polymerization temperature of 100° C. while maintaining the ethylene partial pressure at 1.4 MPa. Then, the content gas was discharged to the outside of the system to terminate the polymerization. As a result, 340 g of an ethylene-based polymer was obtained. The HLMI of the obtained ethylene-based polymer was 1.0 g/10 min, and the density was 0.9522 g/cm 3 .
(5) Comparative Example 2
(5.1) Preparation of chromium catalyst A4 The inorganic oxide particles B2-2 (amorphous silica aggregates, 100 g, average particle size 12 μm) of Example 3 were slurried in 400 mL of distilled water. This slurry was treated in the same manner as in Example 3 (4.1) using a spray drying granulation device (Okawahara Kakoki Co., Ltd. "L-8") to obtain granules of inorganic oxide particles B2-2 having an average particle size of 98.2 μm.
The obtained inorganic oxide particle B2-2 granules were impregnated with an aqueous solution of chromium acetate, and then the water was distilled off to obtain chromium-containing silica having a chromium content of 0.5% by weight. The chromium-containing silica was then activated under conditions of 730°C and 12 hours in a dry air atmosphere to obtain chromium catalyst A4 (Phillips type catalyst). Upon activation, the chromium-containing silica changed color from light blue to light orange. This indicates that the chromium atoms were converted to hexavalent chromium. Substantially 99% by weight of trivalent chromium was converted to hexavalent chromium.
(5.2) Ethylene Polymerization Into a 2.0 L polymerization vessel thoroughly purged with nitrogen, 60 mg of the chromium catalyst A4 obtained in Comparative Example 2 (5.1) and 800 mL of isobutane were placed, and the internal temperature was raised to 100°C.
Then, ethylene was injected, and polymerization was carried out for 60 minutes at a polymerization temperature of 100° C. while maintaining the ethylene partial pressure at 1.4 MPa. Then, the content gas was discharged to the outside of the system to terminate the polymerization. As a result, 170 g of an ethylene-based polymer was obtained. The HLMI of the obtained ethylene-based polymer was 2.5 g/10 min, and the density was 0.9562 g/cm 3 .
3.実施例及び比較例の結果の考察
実施例及び比較例の結果を表1及び表2に示す。なお、表2におけるポリマー密度には、小数点第4位を四捨五入した値を記載している。
3. Consideration of the results of the Examples and Comparative Examples The results of the Examples and Comparative Examples are shown in Tables 1 and 2. Note that the polymer density in Table 2 is a value rounded off to the third decimal place.
表2に示されるように、実施例1と比較例1の比較により、Px/Pyが10未満である無機酸化物が担体であるクロム触媒A1を用いることで、分子量が高いエチレン系重合体が得られることがわかる。また、実施例2と比較例1の比較により、クロム触媒A1とクロム触媒A2を混合して用いることで、クロム触媒A2単独で得られるエチレン系重合体よりも、高分子量のエチレン系重合体が得られることがわかる。また、実施例2は比較例1に対して、HLMIが低い(PE分子量が高い)にも関わらず密度は同等となった。これはブロー向け材料向けには好ましい物性バランスである。さらに、実施例3と比較例2の比較により、板状シリカ凝集体である無機酸化物粒子B1と非晶質シリカ凝集体である無機酸化物粒子B2-2を混合して造粒した担体を用いたクロム触媒A3においても、非晶質シリカ凝集体である無機酸化物粒子B2-2単独で造粒した担体を用いた場合より高分子量のエチレン系重合体が得られることがわかる。
以上の結果から、ピーク強度の比率Py/Pxが10未満であり、SiO2を90重量%以上含有する板状シリカ凝集体(平面状シリカ凝集体)を含有するエチレン系重合触媒を用いると、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を製造できることが確認された。
As shown in Table 2, a comparison between Example 1 and Comparative Example 1 shows that an ethylene-based polymer having a high molecular weight can be obtained by using chromium catalyst A1, which is a carrier made of an inorganic oxide having a Px/Py ratio of less than 10. A comparison between Example 2 and Comparative Example 1 shows that a mixture of chromium catalyst A1 and chromium catalyst A2 can be used to obtain an ethylene-based polymer having a higher molecular weight than an ethylene-based polymer obtained from chromium catalyst A2 alone. In addition, Example 2 has a lower HLMI (higher PE molecular weight) than Comparative Example 1, but the density is the same. This is a preferable balance of physical properties for materials for blowing. Furthermore, a comparison between Example 3 and Comparative Example 2 shows that a ethylene-based polymer having a higher molecular weight can be obtained from chromium catalyst A3, which uses a carrier made by mixing and granulating inorganic oxide particles B1, which are plate-like silica aggregates, and inorganic oxide particles B2-2, which are amorphous silica aggregates, than from a carrier made by granulating inorganic oxide particles B2-2, which are amorphous silica aggregates, alone.
From the above results, it was confirmed that an ethylene-based polymer having an ultrahigh molecular weight component can be produced by using an ethylene-based polymerization catalyst containing plate-like silica aggregates (planar silica aggregates) having a peak intensity ratio Py/Px of less than 10 and containing 90% by weight or more of SiO2.
本発明は上記で詳述した実施形態に限定されず、本発明の請求項に示した範囲で様々な変形または変更が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments detailed above, and various modifications and variations are possible within the scope of the claims of the present invention.
本発明によれば、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を製造できる。このエチレン系重合体は、幅広い用途に適用することができるため、工業的に非常に利用価値が高い。 According to the present invention, an ethylene-based polymer having an ultra-high molecular weight component can be produced. This ethylene-based polymer can be used in a wide range of applications, and is therefore highly valuable industrially.
Claims (6)
前記無機酸化物がサンラブリー(AGCエスアイテック社の商品名)であることを特徴とするエチレン系重合触媒成分。
特性1:赤外線スペクトルにおいて、3600cm-1~3699cm-1の範囲Xで最大となるピーク強度Pxに対する3700cm-1~3799cm-1の範囲Yで最大となるピーク強度Pyの比率Py/Pxが10未満である。
特性2:SiO2を90重量%以上含有する。 The sample was calcined at 600° C. for 24 hours as a pretreatment for analysis, and then measured. The sample contained a plate-like inorganic oxide having the following properties 1 and 2:
The ethylene polymerization catalyst component , wherein the inorganic oxide is Sunlovely (a product name of AGC Si-Tech Co., Ltd.) .
Property 1: In an infrared spectrum, the ratio Py/Px of a peak intensity Py having a maximum in a range Y of 3700 cm -1 to 3799 cm -1 to a peak intensity Px having a maximum in a range X of 3600 cm -1 to 3699 cm -1 is less than 10.
Property 2: Contains 90% or more by weight of SiO2 .
前記工程(I)で得られたクロム化合物担持成分を、非還元性雰囲気下、400℃~900℃で焼成活性化することにより少なくとも一部のクロム原子を6価とする工程(II)、
を含むことを特徴とするエチレン系重合触媒の製造方法。 A step (I) of supporting a chromium compound on the ethylene-based polymerization catalyst component according to claim 1 or 2;
A step (II) of calcining and activating the chromium compound-supported component obtained in the step (I) at 400° C. to 900° C. in a non-reducing atmosphere to convert at least a part of chromium atoms into hexavalent chromium atoms;
2. A method for producing an ethylene polymerization catalyst comprising the steps of:
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